山西古建筑博物馆挂牌于太原纯阳宫，博物馆除纯阳宫外，还包含忻州市五台县的佛光寺、南禅寺两座全国重点文物保护单位。

纯阳宫位于太原市五一广场西北隅，占地一万余平方米，属全国重点文物保护单位，国家二级博物馆。始建于金末元初，属山西南、中、北三大道观之“中宫”，解放前原为供奉唐代吕洞宾的道观，馆藏珍贵文物众多，尤以全国唯一的九宫八卦院建筑、武则天称帝时期的涅槃变相碑、唐代道德天尊汉白玉石像等“纯阳三绝”著称。

佛光寺位于山西省五台县城东北32公里的佛光山中（五台山南台西麓）。寺庙始建于北魏孝文帝时期（471～499年），寺内现有殿、堂、楼、阁等。其中东大殿七间，为唐代建筑；文殊殿七间，为金代建筑，其余为明、清建筑。东大殿重建于唐大中十一年（857年）， 建成时间距今1166年，为中国现存排名第二早的木结构建筑，仅次于南禅寺大殿。被梁思成先生称为“中国第一国宝”。

南禅寺位于山西省忻州市五台县西南，寺宇坐北向南，占地面积3078平米。主要建有山门，东西配殿和三开间大殿，组成一个四合院。南禅寺创建年代不详，重建于唐德宗建中三年（782年），大殿建成时间距今1241年，为现存最早最完整的木构大殿，早于佛光寺东大殿七十多年。