龙王庙位于海军公所西侧约100米，建于明朝末年。1888年，北洋海军成军后，海军提督丁汝昌及陆军将领戴宗骞、张文宣等捐资，重修了龙王庙。龙王庙座北朝南，建筑古朴典雅，有山门、正殿、东西厢房，均为砖木举架结构，平面呈四合院布局，拥有房屋14间，连同戏楼占地面积近1700平方米。殿内供奉东海龙王塑像，左右分别为龟丞相和巡海夜叉。东西两侧山墙上分别彩绘《三国演义》和《封神演义》情节壁画。
沿海居民信奉龙王，旧时农历正月初一或六月十三龙王生日这天，岛内外渔民纷纷进香跪拜，祈求龙王保佑平安。凡过往船只在岛上停靠，也都前来上香祈福。节日期间，常有戏剧在此演出。北洋海军也信奉龙王，每当出海都来祭祀。
甲午战败，丁汝昌殉国，灵柩曾暂厝龙王庙西厢房内，灵柩运走后，岛内百姓又在此设其牌位，四时祭祀，故又称龙王庙为丁公祠。东厢房内的“柔远安迩”和“治军爱民”两块石碑，是光绪十六年（1890年），刘公岛绅商为丁汝昌和北洋护军统领张文宣树立的功德碑。
英国租占刘公岛时期，龙王庙被英国人占用，英国人不遵守租约约定，于1917至1918年间，将岛上200余户居民逐出岛外，土地、坟地被全部收购。又怕岛内百姓以拜庙为名而一再登岛，于是“神随庙移”，将岛上所有庙神全搬至岛外。在岛外之庙未建成前，英国人将刘公刘母神像暂移龙王庙内，龙王庙曾一度又被称为刘公庙。刘公刘母神像搬至岛外后，龙王庙曾被用于英国大医官办事房、威海卫青年会会址。
1938年3月22日，日寇再次踏进刘公岛，岛上建筑悉数被日伪军霸占。为了拉拢青年参加汪伪海军，日伪军利用丁汝昌声望，将龙王塑像移至岛外，而后将空置的龙王庙辟为“丁公纪念室”，正面墙上挂着丁汝昌画像，供桌上设置木主牌，前面摆放着花圈和挽联等。而正房的西侧，立有刘公岛绅商为丁汝昌所树的“柔远安迩”功德碑。
龙王庙前正对大门，建有戏楼一座，用来举行庆典和祭祀活动演出，是龙王庙附属建筑，由戏台和后台两部分组成。戏台呈正方形，约34平方米，为歇山挑檐式顶，由四根高4米的青石柱支撑，柱上阳刻楹联一幅，上联“龙袍乌纱帽如花石斑烂辉光照耀玉皇阁”，下联“奏响管弦声似波涛汹涌音韵传闻望海楼”。正中拱额“寰海镜清”。后台有化妆室。整座戏楼建筑玲珑峻拔，飞檐翘角，彩绘斗拱，精巧别致，为威海仅存的一座庙宇戏楼。
戏楼旁边有一株朴树，树龄逾百年，高12米，树围1米多，枝繁叶茂，为威海境内稀有树种，也是龙王庙百余年历史的见证。1988年，龙王庙和戏楼被公布为全国重点文物保护单位。