本尊仏を安置する仏殿で、塔とともに寺院を構成する重要な建物です。一般的に重層じゅうそうで荘厳そうごんな建物であったとされます。国分寺建立の発端になった丈六（一丈六尺：約4.8m）の釈迦如来像と脇侍菩薩像きょうじぼさつぞうが安置されていました。

　礎石は36個のうち16個が現存しています。発掘調査では、仏像を安置した須弥壇しゅみだんの痕跡は確認できませんでした。基壇外装は緩やかな法面のりめんに古墳の葺石ふきいしのように川原石が貼り付けられています。

　基壇は重量のある建物を支えるため、塔跡と同様に掘込地業と呼ばれる念入りな地盤改良が行われていたことがわかりました。

　掘込地業のつき固めた土の中からは、国分寺創建にかかわる瓦片が出土しており、七重塔より遅れて金堂の建築が始まったものとみられます。

　金堂基壇上や周辺から瓦片が出土していますが、総量としては少なく、軒先に葺かれた文様瓦は出土していません。