Tương truyền chùa được xây dựng từ năm 1338 dưới thời Trần. Chùa được trùng tu và mở rộng nhiều lần trong các triều đại sau này. Với niên đại 600 năm, ngôi chùa lưu giữ nhiều nét độc đáo trong văn hóa.
Chùa thờ Phật, Tam Tòa Thánh Mẫu, thờ Đức thánh Bối Nguyễn Đình An - người có công đánh giặc phương bắc và cũng lưu giữ nhiều dấu tích tôn giáo của phái Trúc Lâm, Đạo giáo, Khổng giáo.
Trước khi đến cổng Tam quan, du khách sẽ đi qua hệ thống gồm cổng Ngũ Không môn và cây cầu bắc qua một con ngòi. Cổng Tam quan gồm ba gian bằng gỗ, kết cấu theo kiểu hai tầng tám mái, một gian hai chái. Tầng trên là gác chuông gồm 2 quả chuông lớn được đúc vào năm 1844 và 1908.
Kiến trúc chùa Bối Khê có tiền đường, hành lang tả hữu, nhà tam bảo đều bằng gỗ dựng theo hình chữ quốc. Hậu đường được kết nối với điện thờ Thánh có hình chữ công. Toàn bộ kiến trúc được sắp xếp cân xứng hai bên theo một trục chính. Trước cổng chùa là không gian rộng lớn với cây đề, cây đa cổ thụ và 5 ngôi tháp mộ của các vị sư trụ trì.
Bậc thềm phía trước thượng điện còn lưu giữ vết tích của gạch cả thời Mạc và thời Lê, với hoa văn và linh vật trang trí chạm nổi còn gần như nguyên vẹn. Các mảng chạm gỗ của chùa phần lớn là từ thời Nguyễn.
Phía sau là hậu cung thờ Đức thánh Bối, với kiểu kiến trúc hai tầng tám mái, bằng gỗ, với nhiều mảng chạm tinh xảo, cầu kỳ mang họa tiết hoa sen, hoa cúc, rồng, mây…
Trải qua nhiều thời kỳ, chùa Bối Khê cũng lưu giữ được nhiều hiện vật độc đáo có những niên đại khác nhau, trong đó đặc biệt là các tượng La Hán bằng đất nung tuyệt đẹp, vô cùng sinh động và chân thực, thể hiện các gương mặt, tư thế khác nhau.
Cổng chùa có 5 cửa, phía trên cửa chính có dòng chữ Đại Bi Tự
Trong chùa có nhiều bức điêu khắc gỗ độc đáo.
Bức chạm hình cây tùng
Bức chạm long lân vô cùng tỉ mỉ và tinh xảo. Những bức chạm khắc hình rồng mang dấu ấn đặc trưng thời Trần
Hình chạm khắc gỗ tinh xảo ở mái hiên chùa.
Nói đến chùa Bối Khê, không thể không nhắc đến những cây hoa sen đất độc đáo. Theo nhà sư Thích Đàm Phượng, trước đây chùa có một cây sen đất lâu năm, nhưng đã chết. Những cây hiện nay được nhân giống từ cây sen cổ đó.
Theo Thanh Huyền - Duy Phạm (Tiền Phong)