位于大悲禪院的后殿，即大悲觀世音菩薩殿。殿內供奉著二十四臂觀世音菩薩塑像。觀世音菩薩大慈大悲救苦救難，故稱大悲殿。大悲殿的殿門之上除“大悲殿”匾額外，尚有“普渡迷津”四個大字匾額一塊。殿門兩側有楹聯兩副。一副上聯是：“行深般若五蘊皆空觀自在”，下聯是：“普門示現尋聲救苦大悲王”，為天津美術學院教授、著名書畫家孫其峰所書。另一副是天津著名書法家李鶴年所書，上聯是：“慈悲法身三十二應隨機普渡”，下聯是：“圓通教主百千萬行攝化群生”。殿內供奉的尊觀世音菩薩塑像，高3.6米，表層貼金，神態莊嚴，姿容動人；是由天津美術學院雕塑家王家斌教授親自設計并主持，前后用了兩年時間精心雕塑而成的。采用了傳統雕塑藝術和現代美學透視法，使塑像具有一雙慧眼，雙眼的黑眼珠隨觀者的移動，可以直視和觀看左右兩面。