Tam quan chùa làm theo kiểu vòm cuốn với kiến trúc hai tầng tám lá mái, được lợp ngói theo kiểu ngói ống giả vôi vữa tạo ra vẻ thanh thoát nhẹ nhàng. Khu chính điện của chùa được kết cấu theo kiểu chữ đinh (丁), gồm năm gian tiền đường và bốn gian hậu cung. Mái chùa lợp ngói mũi hài, bờ nóc ở hai đầu kìm đắp hai dấu vuông, bờ dải phía dưới xây theo kiểu tam cấp trên trang trí các hoa văn hình chữ triện. Phía trước chùa được mở đầu bằng hai cột đồng trụ xây nối liền với tường hồi của gian tiền đường, trên đỉnh cột đồng đắp đôi nghê trong tư thế chầu nhằm thể hiện mục đích soi xét tâm linh con người trước khi bước vào cửa thiền. Dưới mỗi đôi nghê là mui luyện, lồng đèn và trên đó đều đắp các hình trang trí như đầu rồng, mặt hổ phù, hoa lá v.v. Thân trụ được tạo vuông các mặt để viết câu đối lên trên đó[1].

Trong chùa Tĩnh Lâu còn lưu giữ được những tác phẩm có giá trị mang phong cách nghệ thuật Việt Nam từ thế kỷ 17[1]. Đáng chú ý là tòa Cửu Long của chùa được làm khác với các các tòa Cửu Long khác, mang dáng dấp của một chiếc lọng che (bảo cái).

Ba pho tượng Tam thế trong chùa được tạo tác vừa phải gần với kích cỡ của người thật, trong tư thế ngồi kiết già trên đài sen ba lớp với khuôn mặt thon nhỏ, sống mũi thẳng, miệng hơi mỉm cười và đôi mắt khép hờ như đang nhìn xuống[1]. Ngoài ra còn có 38 pho tượng lớn nhỏ khác, trong đó bộ tượng A Di Đà cao 1,34m là bộ tượng lớn nhất trong Phật điện. Tại cửa ra vào còn treo một quả chuông đồng được đúc vào năm Cảnh Thịnh thứ 7 (1799), trên chuông khắc dòng chữ Thanh Lâu thiền tự (nghĩa là chuông chùa Thanh Lâu).

Trong chùa còn lưu giữ 15 tấm bia đá, khu vườn Tháp mộ cùng nhiều hoành phi, câu đối cổ đã khiến cho di tích chùa Tĩnh Lâu trở thành một công trình kiến trúc Phật giáo hoàn chỉnh và là một cấu trúc nguyên mẫu về chùa cổ Việt Nam.