Đây là một trong không nhiều ngôi chùa cổ, có quy mô kiến trúc lớn của Đồng bằng Bắc Bộ còn lại đến ngày nay. Chùa có kiến trúc độc đáo, bố cục hài hòa giữa kiến trúc với môi trường thiên nhiên. Toàn bộ kiến trúc chính của chùa quay theo hướng Nam, một hướng truyền thống của người Việt. Đối với đạo Phật hướng Nam là hướng của trí tuệ, của bát nhã.

Quần thể kiến trúc còn giữ lại nhiều di tích của thế kỷ 17. Cụm kiến trúc trung tâm ở Chùa Bút Tháp bao gồm 8 đơn nguyên chạy song hành được bố trí đăng đối trên một đường "Thần Đạo" và được bao bọc bởi hai dãy hành lang chạy suốt dọc chùa ở hai bên, đó là tòa Tiền Đường Thượng Điện, cầu đá tòa Thích Thiện Am Trung Đường, phủ thờ nhà Hậu Đường và hàng tháp đá. Sự bố trí chặt chẽ ở khu vực trung tâm này thể hiện một nội dung tư tưởng về giáo lý của đạo Phật. Phật điện của chùa gần như nguyên sơ của chùa cổ Việt Nam, gồm 10 nếp nhà nằm trên một trục dài hơn 100 m. Qua cửa Tam quan, đến gác chuông hai tầng, tám mái.

Chùa chính với ba dãy nhà Tiền đường - Thiên hương - Thượng điện tạo thành chữ "công". Cách bố trí như vậy làm nổi bật điện thờ bên trong với các pho tượng.

Kiến trúc chùa vẫn dùng khung gỗ chịu lực nhưng nền bệ lan can dùng đá rất phổ biến, trên có những hình động vật được khắc trông sinh động và độc đáo. Trang trí được thể hiện ở mọi nơi trên các chất liệu gỗ và đá, ở kiến trúc và ở các đồ thờ. Đặc biệt trên lan can tòa Thượng Điện có 26 bức chạm khắc đá, trên lan can cầu đá nối với Tòa Thích Thiện Am có 12 bức và ở lan can quanh chân tháp Báo Nghiêm có 13 bức. Như vậy tổng cộng các bức chạm khắc đá ở chùa Bút Tháp là 51 với những đề tài khác nhau, nhưng đều thống nhất với nhau ở mặt chất liệu, phong cách và thống nhất về niên đại.

Hình ảnh chạm khắc ở đây sống động tươi vui hàm chứa ý nghĩa Phật đạo và đặc biệt mang đậm nét tính chất nghệ thuật thiền. Các bức chạm đều tập trung về đề tài thiên nhiên phong phú sinh động như Tứ Linh Quý.