พระอุโบสถ  เป็นอาคารทรงไทยสมัยรัตนโกสินทร์โดยย่อส่วน และปรับปรุงจากแบบพระอุโบสถวัดพระศรีรัตนศาสดาราม เป็นฝีมือช่างหลวงในกรมช่างสิบหมู่จากกรุงเทพ ฯ ร่วมกับช่างเมืองสงขลา ส่วนประกอบของช่อฟ้ามีแต่ตัวลำยองไม่มีนาคสะดุ้ง เสารองพระอุโบสถเป็นสี่เหลี่ยมไม่ย่อมุม ประตูและหน้าต่างเป็นซุ้มมงกุฎ หน้าบันทั้งภายนอกและภายในเป็นประติมากรรมปูนปั้น นูนสูงปิดทองและติดกระจก หน้าบันด้านทิศตะวันออก เป็นรูปปั้นพระพรหมสี่หน้าทรงหงส์ ล้อมด้วยกนกลายไทย ด้านทิศตะวันตกเป็นรูปปั้นพระอินทรทรงช้างเอราวัณ อยู่ในวงล้อมที่เป็นกนกลายไทย   ที่หน้าบันด้านในทิศตะวันออก มีรูปปั้นราหูอมจันทร์หน้าตรง ที่หน้าบันด้านในทิศตะวันตกมีรูปปั้นราหูอมจันทร์หน้าเอียง
          พระอุโบสถวัดมัชฌิมาวาส สร้างระหว่าง พุทธศักราช ๒๓๙๐ - ๒๔๐๓ รูปแบบทรงไทยมีเสาหารรับหลังคา สามารถเดินได้รอบ หน้า บันภายนอกเป็นปูนปั้นตามทิศทางต่างๆ มีรูปพระพรหมทรงหงส์ พระอินทร์ทรงช้างเอราวัณ หน้าบันภายในเป็นรูปราหู ที่ผนังภาย ในมีภาพจิตกรรมฝนผนังอันสวยงาม ตอนบนเป็นเรื่องพุทธประวัติ ตอนล่างเป็นเรื่องทศชาติ ผนังภายนอกระหว่างเสาประดับด้วย ภาพจำหลักหินฝีมือช่างจีน ระหว่าง พุทธศักราช ๒๕๑๓ - ๒๕๑๔ ได้ทำการซ่อมแซมพระอุโบสถ สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร เสด็จพระราชดำเนินมาประกอบพิธียกช่อฟ้าเมื่อ พุทธศักราช ๒๕๑๖
สถาปัตยกรรมเด่น ได้แก่ พระวิหารพระเจดีย์แบบจีน เสาตะเกียบคู่ของเสาธง ใบเสมา ๘ ทิศ กำแพงแก้วรอบพระอุโบสถ ศาลาฤๅษี หอพระไตรปิฎก กุฎิแบบเก๋งจีน พิพิธภัณฑ์ สถานแห่งชาติมัชฌิมาวาส