觀音堂坐落在大同武周川北岸的山崗上，距市區8公里。

觀音堂是在遼代佛教臻于極盛時期的重熙年間(1032～1055年)始建的。明宣德三年(1428年)重修，明萬曆三十五年(1607年)曾修葺，清順治六年(1649年)毀於兵火，順治八年(1651年)董養量重建，後又多次修葺，建築面積2000平方米。

觀音堂古樸肅穆，山門因地勢而佈置在稍偏東側，門前建有一座長12米、高6米的三龍琉璃照壁，三條彩龍色澤鮮麗，充滿生機。

觀音堂坐北朝南，寺內中軸線上依次排列著戲臺、中門、觀音殿和三真殿，形成前後兩院。前院佈局緊湊，在中門東側為關帝廟一間，清同治十年(1871年)移建於此，西側為財神廟一間，清光緒二十六年(1900年)建，庭院左右為鐘、鼓樓及碑廊，正面是觀音殿，觀音殿東西兩側各有禪房三間。後院寬敞，正中為三真殿，共兩層，為寺院的最高建築。

觀音殿重建于清順治八年(1651年)，坐北朝南，面闊三間，四椽懸山頂，頂覆琉璃瓦，飾脊獸，前簷設有月臺並有卷棚式前廊。

三真殿即觀音堂的後殿，清乾隆四十三年建(1704年)，面闊三間，為磚砌券洞式無梁殿仿木結構建築，簷口砌有二鬥三升斗栱等雕飾，殿中塑有佛、道、儒教三位真人像。

三真殿東西設有臺階可登殿頂，頂上建樓閣五間；正中三間，牆上繪有送子觀音、文殊、普賢及“普救老人”等多幅壁畫；左右各有一小間，東為山神殿，壁上繪“降服妖魔”圖，西為河神殿，壁上繪有“河神治水”圖，均為清宣統三年(1911年)所建。

觀音堂的藝術價值集中體現在遼代初建時的石刻遺物上。最具特色的是觀音殿正中的觀音菩薩立像，高5.2米，神態端莊秀麗，彩飾貼金。觀音菩薩兩側，對稱分立脅侍菩薩四尊，身高均為2.88米，塑像面貌圓潤，衣紋流利，姿容端正。殿內還有護法天神七尊，十分英武。