万神殿上面的字样为MAGRIPPALFCOSTERTIVMFECIT的字样，乃拉丁语，其中文含义为：“吕奇乌斯的儿子、三度执政官玛尔库斯阿格里巴建造此庙”。
现今所见的万神殿主体建筑是亚德里亚诺大帝于公元120-124年所建，为43.4米高的圆形堂，其内仍供奉罗马的所有神袛。公元609年万神殿被赠予教皇，随即改为天主教堂，将多尊圣骸保存于内，更名为圣玛丽亚教堂，后拉特朗协约将其定位意大利国立教堂。也正是因此，万神殿才在后来幸存下来，没有被视为异教建筑而毁灭。
万神殿是古罗马建筑艺术的杰作。万神殿的底平面直径也为43.4米，与高度相等。万神殿下半部为空心圆柱形，从高度一半的地方开始，上半部为半球形的穹顶，穹顶的墙面厚度逐渐减小，其下方墙厚6米，与万神殿下半部墙壁等厚，到顶部则递减为1.5米。为使穹顶墙厚的递减更有利于万神殿整体建筑的稳固，万神殿穹顶内壁被整齐划分为5排28格，每一格皆被由上而下雕凿凹陷，不仅使墙厚的递减更为合理，也增加了万神殿内部的美观性。
万神殿的装饰风格前后发生过很大变化。供奉诸神时期的描画神人大战的铜雕等大量装饰，在改为教堂后被大面积更替，原有的屋大维与阿戈利巴的雕像也已不在。神殿入口的青铜大门，原与穹顶和门廊天花板所覆的镀金铜瓦互为呼应，现今铜瓦早已用作他途，只留雕工精美的青铜大门镇守那一份已逝的气势。万神殿内宽广空旷，无一根支柱，穹顶顶部开有直径9米的圆洞，这是整个万神殿内唯一的光源来源。