始建于元代，明代重建。该殿颇具元代建筑的典型减柱造特色，东西长七间，南北宽四间，庑殿顶琉璃瓦剪边，设三跺单翘单昂斗拱。清康熙年间（1662-1722年），大道观东曾有池塘，养鱼栽荷。州人每逢中秋佳节携酒前往赏月，因景取名“西溪玩月”，被列为定州八景之一。殿内四壁现存明代万历年间（1573-1620年）沥粉贴金帝王出巡图。画面人物栩栩如生，画工可与五岳之一的北岳庙壁画媲美。全国重点文物保护单位。
大道观原为中轴式群体建筑，由南向北依次为大照壁、关帝殿、二神殿、六神殿、玉皇殿、老君殿五座大殿，现仅存玉皇殿。玉皇殿平面为长方形，东西面阔七间，南北进深四间，采用了元代常用的减柱造，庑殿顶，琉璃瓦剪边，设三踩，单翘单昂斗拱。昂嘴造型似为明清中叶时期造型，但昂嘴根部与宋式做法相合，反映该大殿可能经历了明清时的大修。中殿内四壁均绘有沥粉贴金众神朝拜图和玉皇大帝天上宫殿建筑，画面造型优美，人物线条流畅，各部大臣及雷神、雨神等造型生动，各具特色。
2006年大道观玉皇殿作为明代的古建筑，被国务院列入第六批全国重点文物保护单位。
