天水伏羲庙创建初期，官方祭祀程序较为简单。明嘉靖十三年（1534年），陕西监察御史张鹏、秦州知州黄仕隆主持制定了天水伏羲庙祭祀大典礼乐制度，张鹏亲作《太昊庙祀乐章》，祭祀程序开始规范完备。之后，回乡的天水籍朝廷大员胡缵宗又根据祭祀的七个程序撰写《太昊庙乐章》，分《迎神》《初献》《亚献》《终献》《彻馔》《送神》《望瘗》等词典之乐，从而进一步细化了祭祀程序，由此可见在明代嘉靖时期天水伏羲庙的祭祀程序依次是迎神、初献、亚献、终献、彻馔、送神、望瘗七部分。具体祭祀程序为：祭日前发告文，祭日时满院仪仗威列、龙旗飘扬，参祭官员身着朝服、整冠恭立，待吉时一到，号令三匝，炮鸣九响，随之出榜文、迎神，迎神后行三献礼，三献礼毕后，祭祖大典开始。主祭官恭读祝文，主祭、陪祭、民众依次参拜，而后城乡民众开始敬奉香火、祈祷平安。临暮时分彻馔，最后望瘗送神，祭祀典礼结束。这种祭祀程序在之后的春秋两祭中都是沿用的，直到明代后期改为一祭三日，即一迎神、二大典、三送神。

　　清代礼仪缩减，民国时期更是大不如前，但春祭一直作为官祭延续，所以祭祖程序仍是完备的。农历正月十五出榜迎神；正月十六零时正祭大典，其间礼炮九响，屠宰乌牛、白马、猪三牲献血，盥洗后将三牲首供于香案，再敬献蔬果、饼羹、肴馐、清茶、美酒等祭品。正祭典礼主要为主祭、陪祭依次列香案前醒香、上香、稳香、进爵、三奠酒，恭读祭文，行三拜九叩之礼。祭祀典礼结束后民众敬香。下午焚榜送神，将榜文焚于伏羲庙先天殿焚炉内，最后将所焚之灰撒入藉河，祭祀结束。秋祭从清中期以后成为民祭，故而祭礼相对简约。

　　1988年公祭活动恢复后，参考传统祭祖程序，采用了新的祭祀程序。即为：公祭开始，鸣炮13响（代表13亿华夏儿女共祭），击鼓鸣钟，主祭人恭读祭文，敬献祭品，敬献花篮，瞻仰圣像，行鞠躬礼，乐舞表演。结束后群众祭拜，整个大典仪程都是在天水伏羲庙院内举行。

　　2005年，伏羲庙门前修建了一万平方米的祭祀广场，同时大典又升格为甘肃省人民政府主持祭祀。祭祀仪程变更为六项内容：第一项，全体肃立、奏乐；第二项，击鼓鸣钟（击鼓34咚，象征全国34个省、自治区、直辖市及香港、澳门特别行政区和台湾地区中华儿女共祭伏羲；鸣钟9响，代表海内外中华儿女对人文始祖的无限敬仰）；第三项，恭读祭文；第四项，乐舞告祭；第五项，敬献花篮；第六项，瞻仰圣像，行三鞠躬礼。仪程结束后，全城百姓入庙祭拜。

　　2006年，“太昊伏羲祭典”被国务院列入首批国家级非物质文化遗产保护名录。之后，每年由国务院港澳事务办公室、国务院台湾事务办公室、中华全国归国华侨联合会和甘肃省人民政府共同主办，形成省部共办规格。2014年，海峡两岸实现首次共祭，现已连续举办了8年，在台湾各个阶层产生了较大影响。随着环境的不断变化和规格的不断升高，通过十几年的改进，逐渐形成了目前公祭大典的固定仪程：第一项，全体肃立、起乐；第二项，击鼓鸣钟；第三项，恭读祭文；第四项，鞠躬敬祭；第五项，乐舞告祭；第六项，敬献花篮、谒庙拜祖。

　　祭祀供品及器物

　　秦人用骝驹（黑尾巴的红马）、黄牛、羊（公羊）各一只，也就是“三牲”太牢祭祀。

　　唐代用羊、猪“两牲”少牢。

　　宋代开始确定用猪、牛、羊“三牲”太牢。

　　明代沿袭前制，据《明史·礼志》和胡缵宗《太昊庙乐章》所述，祭祀时案上摆列：灯、笾豆（盛果实、干肉的竹编食器）、俎、簋、爵、尊等，分别盛放肉类、饼羹、瓜果、菜肴、黍稷、稻粱、美酒等，还有玉石、金帛等物。

　　清代祭器和供品比较简单，但是太牢改为乌牛、白马、黑猪三牲。

　　民国时期只有逢特殊年份的时候才有太牢、祭品等。

　　1988年，民祭和公祭恢复后，民祭以黑猪、献饭为主。公祭则只敬献鲜花、果品、面点。

　　2003年，公祭、民祭都恢复了猪、牛、羊三牲太牢之礼。

　　2006年，祭祀广场增加九鼎八簋，祭祀伏羲并沿用至今。先天殿内增设祭祖俎案、青铜编钟、石磬等祭祀器物。

　　2013年，天水市博物馆设计制作了敬献太牢的食箩、祭祀专用道具雕漆“八卦盘”“五福盘”；伏羲庙中院新增祭祀蜡台、香炉。

　　2015年，设计制作了红木祭祀供桌。

　　2016年，设计制作了春祭、秋祭专用服饰，以及祭祀专用仪仗队服饰。

　　2017年，设计制作了祭祀专用八卦旗帜、龙旗、旗幡、旗墩等。