Điện Voi Ré được xây dựng trên một khu đất rộng, diện tích chừng 2.000m2, nằm về phía Đông Nam đồi Thọ Cương. Đại thần Nguyễn Đức Xuyên, chưởng tượng quân ty Tượng Chính là người chỉ huy việc xây dựng.

Điện Voi ré được xây theo nguyên tắc chung về thuật phong thủy, vận dụng Thành Lồi làm bình phong; hồ Điện tạo minh đường hồ có diện tích khoảng 1.000m², hồ được trồng sen. Kiến trúc điện theo kiểu chữ "môn", bên ngoài có vòng la thành xây bằng gạch. Phía trước cổng tam quan có hệ thống bậc cấp đi lên gồm 17 bậc; bên trên chính giữa ở lối chính có ba chữ Hán bằng sành "Nghiễm Nhược Lâm". Thẳng theo lối chính, trước khi vào đến sân miếu, là một bức bình phong Long Mã.

Miếu Long Châu nằm ở trung tâm làm theo kiểu trùng thiềm điệp ốc, gồm năm gian hai chái, mái lợp ngói liệt, tiền đường kiểu vỏ cua. Bên trong trang trí bằng hệ thống liên ba bằng gỗ với 104 ô hộc chủ yếu là chữ Thọ theo lối triện và hoa lá chim muông. Chính giữa ngôi miếu là một bức hoành phi khắc nổi ba chữ Hán màu vàng "Long Châu Miếu", bức hoành phi này được làm lại mới vào năm Khải Định thứ 2 (1917). Trong điện nguyên xưa có thờ 15 bài vị thờ các vị thần bảo hộ lính. Hiện nay, trong miếu chỉ còn lại bài vị của 4 vị thần là: thần Thiên Sư, thần Chúa Động, thần Hồng Nương, thần Tiền Hậu Khai Khẩn.

Hai bên miếu Long Châu là Đông Phối Điện và Tây Phối Điện, đây là nơi thờ những con voi lập được nhiều chiến công trong trận mạc vào thời kỳ quật khởi dựng xây đế nghiệp của triều Nguyễn, và đồng thời đây cũng làm nơi khoản đãi quan khách sau khi tế lễ. Trước hai ngôi nhà này, còn có hai tòa miếu phụ thờ thần vị voi, còn được gọi là miếu Tượng.

Sau chính điện là hai gò đất, xây thành xung quanh, trước có bia đá đề "Ô Long Tượng Mộ" (mộ voi Ô Long)

Trước đây ở hai miếu hai bên phía trước còn có bốn bài vị khác đề tên tước hiệu được phong của bốn con voi lập nhiều công trạng gồm: Đô Đốc Hùng Tượng Ré; Đô Đốc Hùng Tượng Bích; Đô Đốc Hùng Tượng Nhĩ và Đô Đốc Hùng Tượng Bôn.