落成於民國七十八年（1989年），是台灣官設孔子廟當中最後一棟興建完成的。
桃園地區本來並無設置孔子廟，地方人士以往皆以文昌廟權充孔子廟，每年祭孔悉假文昌廟舉行，直到民國七十四年（1985年）春，經地方人士石萬全、簡麒標等倡議，以弘教化易風俗之意旨，並配合觀光事業之推展。桃園虎頭山麓興建孔子廟於半山腰，明顯的將整個大成門的基座抬高，使其大成門以後的空間可以均居高臨下，並藉由高低落差的階梯轉折來突顯空間轉換過程中的視景。
軸線的空間序列由南至北分別是檽星門、泮池、大成門、大成殿、崇聖祠以及左右二邊分別設置有的禮門與義路、東西廡等空間，其中檽星門面闊五開間，其中明間（中央）的開口部高度最高，其餘二側的開間依次降低，每一開間的屋頂均採用金黃色琉璃瓦的廡殿作法，並題有「檽星門」門額。穿越檽星門為泮池，泮池上有橋並用仿白玉花崗石的勾欄抱鼓圍繞，沿中軸線前進經過一座轉折階梯可抵大成門，大成門採重簷歇山的屋頂形式，面闊七開間，門後是雙排的紅柱簷廊，東西二邊設有鐘與鼓。
大成門對面即是孔廟的祭祀空間主體大成殿，其格局仿照中國宮殿式建築的規制而建，屋頂是最高層級的重簷廡殿，並有斗拱層層出挑，且在梁枋上繪有彩繪圖樣。大成殿東西二側的東、西廡則分別立有歷代聖賢牌位，東西廡與大成門、崇聖祠之迴廊則連接形成封閉式合院。整體而言，桃園孔廟的建築乃參照中國古典式樣的作法，雖然歷史年代不甚久遠，但仍具有其代表性。