Từ chân núi theo con đường dốc dài khoảng 160m, leo lên 238 bậc cấp lót đá ong thì đến tam quan chùa. Chùa có ba nếp nhà song song hình chữ “Tam”, thường gọi là chùa Thượng, chùa Trung, chùa Hạ hay chùa Hộ (thờ Hộ Pháp), thềm mỗi nếp nhà cách nhau 1,6m. Mỗi nếp nhà có hai tầng mái kiểu chồng diêm, tám mái và tám góc là các đầu đao vươn lên cong vút với những hình hoa, lá, rồng, phụng, sư tử. 

Mái lợp gồm hai lớp ngói : ngói lớp trên in nổi hình lá đề, ngói lớp dưới lót hình vuông, sơn năm màu. Tường xây bằng gạch Bát Tràng nung đỏ để trần, có những cửa sổ hình tròn mang ý nghĩa sắc - không. Các cột gỗ đều kê trên tảng đá xanh khắc hình cánh sen. 

Chùa được dựng từ lâu đời và đã được trùng tu nhiều lần vào các thế kỷ XVI, XVII, XVIII. Năm 1554, chùa được xây lại trên nền cũ. Năm 1632, chùa xây dựng thượng điện 3 gian và hậu cung cùng hành lang 20 gian. Năm 1660, Tây Đô Vương Trịnh Tạc cho xây lại chùa mới. Đến năm 1794, dưới thời Tây Sơn, chùa được đại trùng tu, lấy tên là chùa Tây Phương. 

Năm 1893, Tỳ kheo Thích Thanh Ngọc trụ trì đã tổ chức trùng tu chùa, tạc tượng Quan Âm trăm tay, Thiện Tài, Long Nữ, Bát bộ Kim Cang, La Hán... 

Điện Phật ở cả ba nếp nhà đều được bài trí tôn nghiêm. Hệ thống tượng thờ ở chùa khá đầy đủ, chủ yếu được tạc bằng gỗ mít, như các bộ tượng Tam Thế Phật, bộ tượng Di Đà Tam Tôn, tượng Tuyết Sơn, tượng Bồ tát Di Lặc, tượng Bồ tát Văn Thù, tượng Bồ tát Phổ Hiền, tượng A Nan, tượng Ca Diếp, tượng Bát Bộ Kim Cương ... Chùa có nhiều pho tượng là những tác phẩm điêu khắc xuất sắc của dân tộc ở các thế kỷ XVII, XVIII, XIX như : Tượng Tuyết Sơn, và tượng Quan Âm Chuẩn Đề (thờ ở chùa Trung); tượng Bát bộ Kim Cương (thờ ở chùa Hộ); tượng 16 vị Tổ sư (thờ ở chùa Thượng) là : Ưu-ba-cầu-đa, Đề-đa-ca, Di-trà-ca, Bà-tu-mật, Phật-đà Nan-đề, Phục-đa-mật-đa, Hiếp Tôn giả, Thương Na Hòa Tu, Mã Minh, Ca-tỳ-ma-la, Long Thụ Tôn giả, La-hầu-la-đa, Tăng-già Nan-đề, Già-gia-xá-đa, Cưu-ma-la-đa và Chà-dạ-đa. Năm 1960, nhà thơ Huy Cận đến thăm chùa đã viết những câu thơ sống động và gợi cảm qua bài Các vị La hán chùa Tây Phương. 

Trung tâm Sách kỷ lục Việt Nam đã xác lập kỷ lục ngày 12-12-2007 về những pho tượng La Hán được các nghệ nhân đương thời tạo tác một cách chân thực và sinh động với những đường nét điêu khắc kỹ thuật điêu luyện tuyệt mỹ là : Chùa Tây Phương với bộ tượng La Hán điển hình nhất của nghệ thuật điêu khắc Việt Nam thế kỷ XVIII. 

Chùa được đại trùng tu vào năm 1991 và 1995. Tây Phương là ngôi chùa nổi tiếng về kiến trúc và điêu khắc bậc nhất ở Việt Nam. Hằng ngày, chùa đón tiếp đông đảo Phật tử, du khách trong nước, nước ngoài đến tham quan, chiêm bái.

Chùa đã được Bộ Văn Hóa công nhận là Di tích lịch sử - văn hóa quốc gia năm 1962.