旗津天后宮屬南方風格的傳統廟宇建築，平面格局為兩殿五門兩護室，前殿與正殿之間又有一座拜亭相連，而造型格局依循古制建築，採行考究的工字型佈區，為帝制時代官行建築的典型，藉此在外型上可凸顯天后的崇高神格。依據民俗慣例，漁船碼頭附近必建有媽祖廟，而媽祖廟的位置，必定面對漁船進碼頭的方向，本宮廟址水德揚靈，宮址面對高雄港岸，三百多年來默默地護衛著斯土斯民，迄今不僅尚能看到海水，且能看到渡船頭與港內漁船來往的盛況。
天后宮的屋頂為燕尾脊的造型，以雙龍拱仙翁做為裝飾；主體遍佈石刻、彩塑、剪黏等工藝，栩栩如生，均屬民間藝術的傑作。
天后宮的平面格局為兩殿五門(其中有兩扇格門)，在傳統建築上是尊貴的規制。由於前殿正立面位於進門，地位顯著，故簷下、牆壁、石柱佈滿木雕及石刻等工藝作品。
廟內大殿為最重要的祭拜空間，為了供信眾參仰膜拜，特在前殿設置拜亭，避免空間的侷促感，且讓陽光從屋頂照射下來，讓拜殿充滿了莊嚴的氣氛。大殿屋架是整棟建築中最為高聳者，仰望屋架，正中核心處三通五瓜的筒形短柱，環環相扣，層層相疊。此等非凡的木作技巧，為匠師智慧的結晶，也是旗津天后宮珍貴的寶藏。
天后宮縱深二落，左右為護龍的平面格局，東護室（左護龍）被分隔為兩個小間，分別為文昌殿及太歲殿。
西護室（右護龍）則採取總間的形式，後方奉祀月老星君之，前方則安奉王船。在大殿與護室之間另外搭有過水亭，使獨立居中的正殿可以與左右護室相通。
