Chùa Cổ Lễ là sự hòa nhập các yếu tố kiến trúc cổ truyền Việt Nam với các yếu tố kiến trúc gô-tích (Gothic) của châu Âu. Đây là một ngôi chùa thờ Phật nhưng lại mang dáng dấp một thánh đường Thiên Chúa giáo.

Trước chùa là ngôi tháp Cửu Phẩm Liên Hoa cao cao 32 m, có 8 mặt, dựng năm 1927. Đế tháp được đặt trên lưng một con rùa lớn, đầu quay vào phía chùa. Con rùa được nằm giữa một hồ nước hình vuông, bốn góc là bốn hòn núi giả khá lớn, có đắp bốn con voi to bằng voi thật. Trong lòng tháp có cầu thang gồm 98 bậc xoắn ốc đến đỉnh. Tương truyền rằng tín đồ phật tử, khách hành hương lên đến bậc thứ 98 này, sờ tay vào bức tượng trên đỉnh tháp thì cuộc sống sẽ luôn gặp may mắn.

Tiếp theo ngôi tháp là một chiếc cầu cong ba nhịp bắc qua hồ Chu Tích (còn gọi là hồ Núi), gọi là cầu Cuốn. Mặt cầu lát gạch.

Cầu Cuốn dẫn tới chùa Trình, còn gọi là Phật giáo Hội quán. Chùa Trình được xây vào năm 1936 và trùng tu vào năm 2001. Trong chùa có tượng Phật Quan Âm nghìn tay. Trước sân chùa Trình có 2 lư đồng khổng lồ.

Bên trái chùa Trình là đền Linh Quang Từ, được xây vào năm 1937, thờ Trần Hưng Đạo và hai tiến sĩ họ Đào người làng Cổ Lễ là Bảng nhãn Đào Sư Mỗ và Tiến sĩ đệ tam giáp Đào Toàn Mỗ. Bên phải chùa Trình là Khánh Quang phủ, được xây vào năm 1937, là nơi thờ Tam Tòa Thánh Mẫu.

Sau lưng chùa Trình là một cái hồ lớn. Giữa hồ có một quả chuông nặng 9000 kg gọi là chuông Đại Hồng Chung. Quả chuông cao 4,2 m, đường kính 2,2 m, thành dày 8 cm. Miệng chuông có họa tiết hình cánh sen, thân có họa tiết hoa lá, sông nước và một số văn tự bằng chữ Nho. Quả chuông này chưa được đánh một lần nào nhưng dân gian truyền miệng khi đánh lên thì cả tỉnh và một vài vùng lân cận sẽ nghe được tiếng ngân của chiếc chuông Đại hồng chung này. Đây là một trong những quả chuông lớn nhất ở Việt Nam. Nhân dân quanh vùng vì yêu mến chùa mà đúc tặng. Trong quá trình đúc chuông, nhiều người đã tháo cả nhẫn, vòng, vàng hòa tan trong đó. Khi quả chuông vừa đúc xong thì kháng chiến bùng nổ, nhân dân trong vùng đề phòng sự phá hoại của giặc nên đã đem ngâm quả chuông xuống hồ. Đến năm 1954, chuông mới được trục vớt và được đặt trên bệ đá cho du khách tham quan từ đó đến nay.

Có hai chiếc cầu giả như động núi, gọi là cầu Núi, bắc qua hồ dẫn tới kiến trúc chính của chùa Cổ Lễ, đó là chùa Thần Quang. Chính điện được thiết kế theo kiến trúc hài hòa giữa phong cách truyền thống và hiện đại. Thần Quang Tự được xây dựng từ năm 1914 trên nền chùa cổ từ thế kỷ 12. Năm 1995, chùa được trùng tu lớn. Trong chùa có tượng Phật sơn son thếp vàng bằng gỗ bạch đàn cao 4 m đặt ở trên tầng cao phải đi theo những cầu thang nhiều bậc ở hai bên mới lên đến chỗ đặt các tượng Phật. Sau lưng tượng Phật là bàn thờ với tượng Nguyễn Minh Không.

Từ điện Phật, có các hành lang quanh ra phía sau nối với nhà khách và nhà tổ. Vách hành lang gắn đầy những tấm bia hậu. Ở nhà tổ có tượng Hòa thượng Phạm Quang Tuyên.

Sau nhà thờ tổ là một gác chuông lớn có kiến trúc truyền thống gồm 3 tầng 4 mặt, gọi là Kim Chung Bảo Các. Gác chuông này cao 13m40, được xây dựng vào năm 1997. Tầng 2 của gác chuông này có treo một quả chuông đồng to, cao 4m20, rộng 2m03, nặng 9.000 kg. Chuông được đúc vào năm 2003. Tầng 3 có treo một quả chuông đồng nữa đúc từ thời Lê Cảnh Thịnh, nặng 300 kg.

Sau gác chuông là khu lăng mộ tổ của chùa.

Trong chùa còn có một chiếc trống bằng đồng và những chiếc thuyền dùng để thi bơi chải. Bốn bề của chùa là vườn tược, hồ nước và sông ngòi.

Nhờ kết hợp tinh hoa kiến trúc cổ truyền Việt Nam với các yếu tố của phong cách kiến trúc phương Tây, chùa Cổ Lễ đã trở thành một danh lam ở vùng đồng bằng sông Hồng.