มหาวิหาร ตั้งอยู่บริเวณทางเข้าพิพิธภัณฑ์บ้านดำ เป็นอาคารที่เด่นและใหญ่ที่สุด มีความสวยงามมากจากบริเวณภายนอก ชื่อมหาวิหารมีความหมายดุจเดียวกันกับมหาวิหาร ซีสทีนชาเปล ที่เขียนคำพิพากษาของไมเคิล แองเจโล ในนครวาติกัน  ใช้เวลาในการสร้างนานถึง 7 ปี โดยมีที่มาและแรงบันดาลใจในการออกแบบมาจาการสรุปความคิดรวบยอดของวัฒนธรรมไม้ขนาดใหญ่ ทั้งรูปแบบ รูปทรง เนื้อหา ปรัชญา และความคิดสร้างสรรค์ร่วมสมัย พุทธศิลป์สถาปัตย์ ภายในใช้จัดงานแสดงถาวร ทัศนศิลป์ทุกสาขา ของถวัลย์ ดัชนี งานแสดงหมุนเวียนของศิลปินทั้งในและนอกประเทศ ประชุมสัมมนาทางศิลปะสุนทรียศาสตร์ ปรัชญา ตลอดจนกิจกรรมทางศิลปะ

วิหารเล็กตั้งอยู่ด้านหน้าของมหาวิหารอีกที เป็นสถาปัตยกรรมที่รวบยอดความคิด  ล้านช้าง ล้านนา หงสาวดี อังวะ เครื่องไม้แกะสลักไทยใหญ่ สิบสองปันนา มัณทะเลย์  หลังคาดินขอพื้นเมือง ลดชั้น ปักยอดฉัตร บราลี 36 ตัว รวมช่อฟ้า โพธิปักขียธรรม ด้านในจัดแสดงไม้แกะพุทธรูป เปลือยดิบ สัจภาวะเนื้อไม้ นั่ง นอน ยืน ดาวเพดาน หน้าต่าง หน้าบัน ซุ้มประตูเป็นงานศิลปะ  รัตนบุระอังวะ มอญ พม่า ไทย วิหารหน้าประธาน กำหนดประจิมทิศ

ลักษณะเป็นอาคารสองชั้น ได้รับแรงบันดาลใจในการออกแบบมาจากอู่อารยธรรมล้านช้างจากวัดเชียงทอง วัดลำปางหลวง ความสงบ สง่างามและสมถะสันโดษ ความพอดีลงตัวของรูปทรงส่วนสัด ความต่อเนื่องทั้งอารมณ์ ประโยชน์ใช้สอย และสุนทรียภาพทางชาติพันธุ์วิทยา

ได้รับแรงบันดาลใจในการออกแบบมาจาก เครื่องบินคองคอร์ท ทรงจอมแห ปลากระเบนราหู เรือไวกิ้งค์ ยานอวกาศ ผลึกเพชร กลีบเกสรส้ม และเรือหาปลา สถาปัตยกรรมแปลกตามีหลังคาทรงสามเหลี่ยมทรงจอมแห เนื้อหาความหมายโดยรวมของบ้าน  หมายถึง บ้านเรือ เรียกโดยองค์รวม เป็นเรือที่แล่นอยู่ในหมอกมัวมน พร่างพรายของความทรงจำอันอ่อนหวาน โดดเดี่ยว เดียวดาย  เหมือนนอแรด ภายในรวบรวมอาวุธโบราณ มีด หอก ธนู แหลน หลาว ดาบ ดั้ง กระบี่ ที่ใส่ดินดินปืน หมวกนักรบต่างเผ่า ข้าวของเครื่องใช้ เขาควาย  สร้อยคอลูกปัดกำ จิปาถะ

เป็นอาคารชั้นเดียวทรงโดมมีลักษณะคล้ายหัวนกเงือ ใช้เวลาในการสร้าง 3 ปี แรงบันดาลใจในการออกแบบมาจากที่อยู่อาศัยจากนาวาโฮในอินเดียน อาปาเช่ในซานตาเฟ่ อูบมุงลาว โบสถ์ของเกาดี้ในเสปญ   โนเตระดามส์ รองชอง ของมีส วันโคโร มาจนถึง บิลเบา ของแฟรงค์ แกรี่

เป็นสถาปัตยกรรมรูปทรงดอกบัวบานรองรับหยาดน้ำตาที่ร่วงลงบนแก้มกลีบกาลเวลา ต้นแบบของอูบมุง ปักยอดฉัตรบนปรางค์ปลียอด เพื่อสื่อความหมายสายตรง ระหว่างมนุษย์ พระเจ้า นิพพาน อริยมรรค และตน ภายในรายรอบด้วยเก้าอี้เขาควาย 26 ตัว หอยสังข์ 64 ตัวจระเข้ตรงกลางเดียวตัวเดียว ร้อยเรียงจำนำของแพกวีในหมู่เกาะแห่งการไม่เวียนเกิดในอนาคามี

มีความหมายสื่อถึงนรกสวรรค์ และโลก ไตรลักษณ์ในธรรมะ สามเหลี่ยมในรูปทรง ผลึก ปิรามิด  เป็นอาคารชั้นเดียวยกพื้นสูงจากพื้นดิน จัดแสดงวัตถุประเภทหนังสัตว์เลื้อยคลานประเภทงูขนาดใหญ่ งูเหลือม งูหลาม งูจงอาง งูเห่า จระเข้ เก้าอี้ เขาสัตว์จากทุกทวีป  ด้านล่างบริเวณถุนบ้านจัดแสดงโครงกระดูกช้างและเรือไม้ขุดโบราณ

จัดแสดงผลงานศิลปะและจัดจำหน่ายสินค้าที่ระลึกของ อ. ถวัลย์ ดัชนี เพื่อใช้เป็นกองทุนทนุบำรุงพิพิธภัณฑ์บ้านดำ และเพื่อนักเรียนศิลปะที่ขาดแคลนทุนทรัพย์ เปิดเวลา 08:00-17:30 ของทุกวัน

ภายในจัดแสดงพระไม้ในลักษณะ นั่ง นอน ยืน เดิน ในสี่อิริยาบถ ในศาลา สกุลช่างไทยใหญ่ สล่าม่าน สล่าเงี้ยว (ข้าเศิถเจ่นป้อ) ที่มาอยู่ ลำปาง ลำพูน เชียงใหม่ และยังรักษาประเพณีในการทำศิลปหัตถกรรมที่งดงาม

จุดประสงค์ในการสร้างเพื่อแสดงความโอฬารของราชสำนักพม่า ปนเคล้าอยู่บรรยากาศ ขรึม ขลัง กฤษติยามนต์ ภายใยจัดแสดงเตียงไม้ขนาดใหญ่ แกะสลักงามสง่า กลึงไม้ประดับลวดลาย โตก ตะลุ่ม ทรวดทรง แปลกงดงาม ปูพื้นด้วย สิบภาพพยัคฆ์