圆形正殿部分是神庙的精华，其直径与高度同，上覆穹窿，穹窿底部厚度与墙同，向上则渐薄，到中央处开设有圆洞，，集罗马穹顶和希腊式门廊大全的万神庙是罗马圆形庙宇中最大的一个，神庙外部造型简洁，内部空间在圆形洞口射入的光线影映下，宏伟壮观并带有神秘感，结构为混凝土浇筑，为了减轻自重，墙上开有壁龛，龛上有暗券承重