观音堂位于大同城西7.5公里的一座小山岗上。建于辽代。曾毁于兵火。公元1122年，金兵攻陷大同，观音堂再次毁于兵火。现存的建筑系顺治8年（公元1651年），在旧址重建，屡加修蕞至今。1996年1月，被公布为省级文物保护单位。该寺布局紧凑。戏台、观音堂、三真殿、台殿楼阁沿中轴线由前至后排列，迭层至高。山门结构为砖卷门洞，门额上书“观音堂”三字。一座戏台，坐南向北，建造于离地8米高的洞口，洞下是古代车马人行之道。戏台与正殿（观音殿）之间的腰墙相隔，进入腰门，左右两侧各有钟鼓楼台和碑廊。正间面阔三间，进深两间，殿顶为悬山式，覆以琉璃瓦。
殿内增置抱厦以扩大佛事活动场地。殿内正中有一尊6米高的石雕观音立像，头饰花冠直达屋顶。观音两侧有2米高的石雕胁侍立像两尊。这些雕像均为金色粉装，系辽代所作。殿内东西两侧伫立着十大明王。壁上还绘有二十四幅画，讲述观音菩萨救难的故事。寺前有三龙琉璃照壁，是大同市唯一的一座双面照壁，为明代遗物。寺西摩崖上镌有三米见方的双钩“佛”字，据考证为辽代遗迹。