Đình Hoàng Dương được xây dựng từ khoảng thế kỷ XVII. Các tấm bia đá mang niên hiệu Cảnh Trị (1669) và Vĩnh Thịnh (1708-1709) là những minh chứng xác thực về niên đại của di tích.
Mặc dù đã trải qua nhiều lần trùng tu nhưng đình vẫn bảo tồn khá nguyên vẹn phong cách kiến trúc truyền thống của đình làng Việt.
Toàn bộ công trình được xây dựng theo mặt bằng hình chữ Đinh (丁) gồm:
Đại đình
Ống muống
Hậu cung
Đại đình gồm ba gian hai chái, mái lợp ngói ta cổ, bốn đầu đao cong mềm mại vươn lên bầu trời như cánh chim phượng giữa đồng quê. Bờ nóc nổi bật với hình tượng "Lưỡng long chầu nhật", biểu tượng cho khát vọng thái bình, quốc thái dân an. Hệ thống khung gỗ được liên kết theo kiểu giá chiêng, chồng rường, kẻ bẩy, thể hiện kỹ thuật xây dựng tinh xảo của các nghệ nhân xưa. Đặc biệt, các mảng chạm khắc gỗ là giá trị nghệ thuật nổi bật nhất của ngôi đình. Rồng, phượng, long mã, cúc hóa rồng, mây cuộn, sóng nước… được chạm bong, chạm nổi hết sức sinh động. Nhiều mảng chạm vẫn giữ rõ phong cách nghệ thuật thời Hậu Lê với đường nét mềm mại, khỏe khoắn; trong khi các bộ phận được bổ sung sau này mang phong cách mỹ thuật thời Nguyễn, tạo nên sự giao thoa nghệ thuật hiếm có.
Không gian đình cổ, mái ngói rêu phong, bóng đa cổ thụ và khoảng sân rộng tạo nên một khung cảnh thanh bình, linh thiêng, đậm chất làng quê Bắc Bộ.