Mang dáng dấp của một ngôi Quốc tự triều Nguyễn, Chùa Diệu Đế gây ấn tượng bởi hệ thống kiến trúc được bao bọc trong khuôn viên có la thành, vừa bề thế vừa trang nghiêm. Mỗi công trình nơi đây đều lưu giữ dấu ấn của một thời kỳ, từ cổng tam quan, chánh điện đến những hiện vật gắn với lịch sử hoàng gia.
Cổng tam quan là điểm dừng chân đầu tiên khi bước vào chùa. Công trình có kết cấu hai tầng theo kiểu cổ lâu, phía dưới gồm ba lối đi, phía trên là lầu thờ Hộ Pháp. Hướng cổng nhìn ra sông Đông Ba, tạo nên dáng vẻ cổ kính giữa không gian phố thị.

Ảnh: Bên trong chánh điện thờ tượng Tam Thế PhậtChánh điện – còn gọi là điện Đại Giác, sau đổi tên thành điện Đại Hùng là nơi thờ tự quan trọng nhất. Công trình có kết cấu ba gian hai chái, mái lợp ngói liệt, mặt tiền mở năm cửa. Bên trong là các pho tượng Phật sơn son thếp vàng, tượng 18 vị La Hán cùng những khám thờ gắn với vua Thiệu Trị và hoàng tộc.
Điểm đặc sắc nhất của chánh điện là bức bích họa “Long Vân Khế Hội”, còn được biết đến với tên gọi Cửu Long Ẩn Vân. Trên trần điện, năm con rồng uốn mình giữa những tầng mây, trong khi bốn con khác quấn quanh các cột trụ lớn. Bức tranh có kích thước khoảng 10 × 11 m, được Trung tâm Sách Kỷ lục Việt Nam xác lập kỷ lục vào năm 2008. Năm 2022, chánh điện cũ được di dời nguyên khối lùi về phía sau gần 20 m nhằm bảo tồn công trình cùng bức họa quý.

Ảnh: Long Vân Khế Hội: Bức tranh vẽ trên trần chánh điện xưa và lớn nhất Việt NamNgoài chánh điện, khuôn viên chùa còn có hai nhà lục giác đáng chú ý. Một nơi đặt đại hồng chung đúc năm 1846, nặng gần 4 tấn, trang trí họa tiết nhị thập bát tú; nhà còn lại lưu giữ bia đá khắc bài văn do vua Thiệu Trị soạn. Những hàng cây cổ thụ, khoảng sân rộng và các pho tượng cổ tạo nên vẻ tĩnh lặng cho không gian chùa. Từ kiến trúc cung đình đến những hiện vật có niên đại từ thế kỷ XIX, Chùa Diệu Đế là nơi du khách có thể tìm thấy nhiều dấu tích quý của lịch sử và nghệ thuật Phật giáo dưới triều Nguyễn.