Kiến trúc chùa Bối Khê có tiền đường, hành lang tả hữu, nhà tam bảo đều bằng gỗ dựng theo hình chữ “quốc” (国). Hậu đường được kết nối với điện thờ Thánh có hình chữ “công” (工).
Từ đường cái nhìn vào, cạnh đường chính của làng, trước khoảng sân rộng lớn (gồm một dãy năm tháp, báo hiệu đây là địa vực của chùa), phía tay trái là lăng Quận công Lê Tiến Quý, người Bối Khê, bên phải là đền thờ Đức Ông. Trước cổng chùa là sân đất rộng rãi, có cây bồ đề, cây đa cổ thụ càng làm cho cảnh chùa thêm cổ kính và u tịch.
Đi hết khoảng sân là cổng chùa. Đây là một loại kiến trúc giống như một Nghi Môn, đồ sộ, mở thành năm cổng, kết hợp với tường xây, chắn hết chiều ngang của cả khoảng sân, trước khi tiến qua cầu gạch để vào Tam Quan của chùa. Cổng chùa có 5 cửa (ngũ không môn), phía trên cổng chính, cả hai mặt đều có 4 chữ lớn: Từ ngoài nhìn vào là dòng chữ 貝 溪 顯 跡 (Bối Khê hiển tích) nghĩa là Bối Khê lừng lẫy lâu đời. Đôi câu đối ở cột trụ cổng chính:
Thanh châu cửu dân xã cộng ngưỡng huyền cơ;
Thành Thái thập nhất niên trùng khai giác lộ.
Có nghĩa là năm 1901, dân chín làng (Bối Khê - Phúc Khê, Hưng Giáo, Lê Dương, Tê Quả, Đại Định, Văn Khê, Siêu Quần, Sinh Quả, Đan Nê) ở Thanh Oai góp tiền của xây Ngũ Không Môn.
Tiếp theo là chiếc cầu vồng bắc qua Đỗ Động Giang với cảnh trí tuyệt đẹp: Cổng cái Ngũ quan soi bóng xuống dòng Đỗ Động trong xanh tạo nên sự lung linh huyền ảo chốn thiền tự. Đó chính là ý nghĩa của 4 chữ 清 洞 重 關 (Thanh Động trùng quan) mà các bậc “túc nho cao sỹ” xưa đã ghi trên Cổng Cái.
Trước Tam Quan có hai phiến đá lớn đặt sát cạnh nhau (phiến bên trái dài 2,12m, rộng 1,06m; phiến bên phải dài 2,12m, rộng 1,30m), vốn được coi là vết chân của Thánh Bối. Đối xứng hai bên Tam Quan, gần với hai cổng ngách, bên trái là giếng chùa, bên phải là ao chùa
Tam quan kiêm gác chuông, cao hai tầng, tám mái được làm năm Hoằng Định thứ tư (1603), tu sửa năm Thiệu Trị thứ 6 (1846), trùng tu năm Khải Định thứ 8 cùng với việc trùng tu tòa Đại bái của chùa. Tầng trên treo 2 quả chuông lớn, đường kính 60cm, cao 1m. Một quả đúc năm Thiệu Trị thứ 4 (1844), một quả đúc thời Duy Tân.
Qua khỏi gác chuông là sân chùa dài 29m, rộng 22,30m. Nền sân được lát bằng gạch vuông Bát Tràng, là nơi tổ chức trò chơi, biểu diễn văn nghệ trong dịp hội chùa. Trên sân có một sập đá (Long Sàng) lớn đặt ở gần khoảng giữa sân, cách mép nền Tiền Đường 6,35m. Sập này hình khối hộp chữ nhật: dài 3m, rộng 1,62m, cao 0,56m, mặt phẳng, chân có dạng kiểu chân quỳ dạ cá, xung quanh thành sập có chạm khắc 4 chữ Tập Phúc Cúng Tiến và nhiều đề tài như rồng chầu đuôi xoắn, rồng mặt hổ phù, hoa sen v.v... Sập này là chỗ đặt kiệu bát cống rước đức Thánh Bối khi tiến hành nghi lễ cầu đảo (trước kia) hoặc rước trong ngày hội chính của chùa.
Nhìn từ ngoài vào, góc phải phía trong sân là nhà bia, xây bằng gạch kiểu hai tầng tám mái: dài 3,70m, rộng 3,05m, cao 5,21m. Tầng trên có hai chữ đại tự Bi Đường. Trong nhà bia này đặt tấm bi ký貝 洞 聖 跡 碑 記 (Bối Động Thánh Tích Bi Ký), ghi lại sự tích Đức Thánh Bối, dựng năm Thái Hòa thứ 11 (1454).
Hết sân gạch là hai cụm kiến trúc chính và quan trọng nhất của chùa Bối Khê, bao gồm phần chùa Phật và phần cung Thánh.
Về phối cảnh kiến trúc, hai cụm kiến trúc này liên kết với nhau thành một thể, song về mặt chức năng tôn giáo và sự sắp xếp của các kiến trúc trọng yếu, lại là hai cụm khác nhau, sự kết hợp, nếu có, chỉ thể hiện ở từng bộ phận của kiến trúc và thờ tự:
Chùa Phật bao gồm các tòa Tiền Đường, Thiêu Hương, Thượng Điện, hai dãy hành lang và một phần của tòa Đại Bái (hai gian chái, hai gian hồi) thuộc cơ bản vào cung Thánh nằm ở phía sau:
Tiền Đường có mặt bằng hình chữ nhật, gồm năm gian hai chái. Thiêu hương có hai gian được sắp xếp theo trục dọc, cùng hướng trục của chùa nói chung, vuông góc với tòa Tiền Đường. Thượng Điện là loại một gian hai chái.
Thiêu Hương nối liền với gian giữa của Tiền Đường, là nơi trung gian giữa Tiền Đường với Thượng Điện. Cấu trúc bình đồ này tạo cho mặt bằng của riêng phần chùa Phật có hình chữ Công (工) trong phân loại mặt bằng chùa ở Việt Nam nói chung.
Hai dãy hành lang của chùa Phật nối liền với hai gian chái của tòa Tiền Đường, chạy song song hai bên tòa Thiêu Hương và tòa Thượng Điện, để rồi lại nối liền với hai gian chái của tòa Đại Bái thuộc cung Thánh.
Tại tòa Đại Bái, ngoài chức năng như một nhà Tiền Tế, còn thờ một số tượng tổ của chùa, cũng là nơi tiến hành các nghi thức tế lễ đức Thánh Bối vào dịp hội chính hay hội lệ các năm. Trên thực tế, tòa Đại Bái vừa có vai trò của một tòa Hậu Đường, vừa có vai trò một tòa Tiền Tế của cung Thánh.
Cung Thánh gồm ba kiến trúc là tòa Đại Bái, phần nối gian giữa tòa Đại Bái và Hậu Cung, trong từ kiến trúc cổ truyền là ống muống và Hậu Cung (còn gọi là Cung Tổ). Sự kết nối của ba kiến trúc này cũng tương tự như chùa Phật, tạo cho phần cung Thánh cũng có một mặt bằng hình chữ Công (工).
Từng bước theo dõi diễn biến của các đơn nguyên kiến trúc, trang trí và niên đại của toàn bộ các kiến trúc tồn tại trên mặt bằng của chùa Bối Khê thì như sau:
- Ngũ Không Môn, cầu dẫn đến Tam Quan xây bằng gạch, được trang trí theo phong cách thời Nguyễn, khoảng cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, với các đề tài tứ linh, hoa trái, voi ngựa... đắp bằng vữa và vẽ trên tường. Niên đại tuyệt đối của nó là năm 1901. Tính chất của nó trong khung cảnh của chùa Bối Khê cho phép nói đến tính cách đền thờ của cả quần thể chùa, hay chính xác hơn, khẳng định tính chất hỗn hợp của việc thờ cúng mà giới nghiên cứu gọi là tiền Phật hậu Thánh.
- Tam Quan hiện nay là sản phẩm của nhiều thời kỳ xây dựng khác nhau, song dấu vết đậm nhất là của thời Nguyễn. Niên đại trùng tu gần nhất trong thế kỷ 20 này là của thời kỳ Nguyễn Khải Định (1915 - 1925). Đây là loại kiến trúc hai tầng tám mái, một gian hai chái, vừa có chức năng làm cửa ra vào chùa Phật, vừa là Gác Chuông của chùa. Có thể thấy vết tích của một Tam Quan thời Trần, một Tam Quan thời Lê Trung hưng vẫn còn tồn tại ở các chân tảng hoa sen, ở đầu rồng trên đầu dư tầng dưới.
- Chùa Phật gồm Tiền Đường, Thiêu Hương, Thượng Điện và hai dãy hành lang có hình thể kiểu nội Công ngoại Quốc, được hình thành qua nhiều thời kỳ khác nhau:
+ Tiền Đường hiện tại là sản phẩm của thời Nguyễn - Khải Định, gồm một tòa có bảy gian: một gian giữa, hai gian bên, hai gian hồi, hai gian chái. Hai gian chái nối liền với hai gian hồi của hai dãy hành lang, tạo thành thế liên hoàn. Kết cấu của bộ khung nhà theo kiểu chồng rường - giá chiêng; ngoài ra còn loại kết cấu kẻ góc cột trốn để nối gian với hành lang. Tuy nhiên, tòa này chỉ phục dựng trên cơ sở của tòa thời Mạc, thời Lê Trung hưng (niên hiệu Vĩnh Tộ). Trang trí trên khung nhà và nhất là ở hiên tòa này cơ bản là của thời Nguyễn, với các đề tài tứ linh, tứ quý, phong cảnh và nhân vật Phật giáo, Đạo giáo. Song trang trí ở các viên gạch bó nền cho thấy rõ phong cách nghệ thuật thời Mạc với rồng, phượng và sư tử bố cục trong các khung hình chữ nhật và tròn.
+ Thiêu Hương có niên đại tương tự như Tiền Đường, trang trí không nhiều, là loại kiến trúc trốn cột quân. Đáng chú ý nhất về trang trí là ở cửa võng với đề tài rồng, lân, phượng theo phong cách nghệ thuật Nguyễn. Mặt nền của Tiền Đường và Thiêu Hương cùng một cao độ. Hai dãy hành lang có niên đại cùng với Tiền Đường, Thiêu Hương, có kết cấu khá đơn giản.
+ Thượng Điện là kiến trúc kiểu một gian hai chái. Nó có niên đại khá sớm, nếu căn cứ vào các mảng chạm rồng còn ở bẩy, chim thần ở góc đao, cho phép xác định Thượng Điện ít nhất có niên đại từ thời Trần sớm, thậm chí vào thời Lý, nếu ta căn cứ vào mảng chạm hiện nằm ở phần móng bàn thờ đá hoa sen Trần 1382. Tuy nhiên, nếu xét trên các yếu tố khác, có thể thấy về cơ bản, Thượng Điện ngày nay mang đậm dấu ấn của thời Mạc (bộ vì, trang trí lá đề, đầu rồng trên bẩy hiên mặt trước) và thời Nguyễn (cột, nền, thành phần bao che, bộ mái).
- Phần cung Thánh gồm có ba đơn nguyên Đại Bái, Ống Muống và Hậu Cung, cũng được bố trí theo hình chữ Công. Cung Thánh được nối với hai hành lang của chùa Phật ở vị trí hai gian chái của tòa Đại Bái, tạo ra một bình đồ tổng thể của toàn bộ chùa Bối Khê là nội (nhị) Công ngoại Quốc.
Đại Bái gồm chín gian, vừa là tòa Hậu Đường của chùa Phật, song lại vừa là tòa Tiền Tế của cung Thánh. Niên đại của tòa này về cơ bản là thuộc thời Nguyễn, trên cơ sở ít nhất của một tòa Đại Bái thời Lê Trung hưng.
Ống Muống cũng có niên đại giống như Đại Bái.
Hậu Cung là đơn nguyên kiến trúc đáng chú ý nhất trong toàn bộ phần cung Thánh. Đây là kiến trúc một gian hai chái, hai tầng tám mái. Kết cấu đáng chú ý nhất là ở bộ vì và các cụm đấu củng, cho thấy loại kết cấu này rất độc đáo. Tòa Hậu Cung có niên đại rõ ràng: doanh tạo thời Lê Trung hưng (niên hiệu Chính Hòa), trùng tu hai lần vào thế kỷ 18 (niên hiệu Cảnh Hưng) và các lần trùng tu vào thời Nguyễn thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20.
