Chùa Lưu Phái là một trong những ngôi chùa cổ kính , mặc dù tài liệu lịch sử cụ thể về niên đại khởi dựng có thể không quá rõ ràng, nhưng những dấu tích kiến trúc và văn bia còn lại cho thấy chùa đã tồn tại qua nhiều thế kỷ. Ngôi chùa đã trải qua nhiều lần trùng tu, tôn tạo dưới các triều đại khác nhau, từ thời Lý, Trần cho đến thời Lê, Nguyễn, mỗi lần lại góp thêm những nét kiến trúc và điêu khắc độc đáo, phản ánh phong cách nghệ thuật của từng thời kỳ.
Kiến trúc của Chùa Lưu Phái là sự kết hợp hài hòa giữa truyền thống Phật giáo Việt Nam và nét đặc trưng của vùng đồng bằng Bắc Bộ. Ngôi chùa được xây dựng theo kiểu chữ Công (工) hoặc chữ Tam (三) truyền thống, bao gồm tiền đường, thiêu hương và thượng điện. Mỗi hạng mục đều được chạm khắc tỉ mỉ với các họa tiết rồng phượng, hoa lá, mây trời mang ý nghĩa tâm linh sâu sắc đối diện cửa đền Lưu Phái có một thủy đình hình vuông tựa như kiểu chùa Một Cột vươn lên giữa lòng ao. Công trình nhỏ nhưng khá cao, phía trên 4 trụ vuông là toà thủy đình 2 tầng 8 mái lợp ngói kiểu giả cổ với các đầu đao cong cong. Bên trong thủy đình đặt một ban thờ và bức tượng Quán Thế Âm Bồ Tát, Ngôi Chùa nhỏ, Tiền đường 5 gian quay về phía tây nam, kết nối theo hình chữ Đinh với thượng điện 3 gian. Cách một khoảng sân phía sau là tòa hậu đường 5 gian. Chùa bảo lưu được một quả chuông đồng đúc năm Minh Mệnh 7 (1826) và bài trí đầy đủ các tượng Phật giáo Bắc tông.