Cụm kiến trúc chính của chùa bao gồm 9 gian tiền đường, 3 gian thiêu hương, toà thượng điện cũng 3 gian nhưng rộng hơn, xếp theo hình chữ "công". Bộ cửa gian giữa nhà tiền đường gồm 4 canh bằng gỗ lim, to dày, chạm rồng, sóng nước, hoa lá và văn hoa hình học. Hai cánh ở giữa chạm đôi rồng lớn chầu mặt trời trong khuôn hình lá đề, được coi là một tác phẩm điêu khắc khá hoàn mỹ. Cũng như đôi sấu đá trên thành bậc tam quan và đôi rồng trên thành bậc gian giữa tiền đường, bộ cánh cửa này còn giữ được những dấu ấn của nghệ thuật chạm khắc đời Trần

Trong chùa có bày tượng Trần Nhân Tông nhập Niết Ban (tượng nằm); tượng Trúc Lâm tam tổ dưới bóng trúc; một số tượng Phật đẹp lộng lẫy. Chuông lớn của chùa có khắc bản văn "Phổ Minh đỉnh tự" đúc năm 1796 - chùa vốn có một vạc lớn, sử sách coi là một trong bốn vật báu ở nước ta (An Nam tử khí, nay không còn).

Phía trước tiền đường là một công trình kiến trúc quý thời Trần, còn được bảo tồn khá nguyên vẹn, đó là tháp Phổ Minh, dựng năm 1305, tháp cao khoảng 17m, gồm 14 tầng. Một số công trình kiến trúc bài trí khác đã làm tô thêm vẻ đẹp của chùa Phổ Minh, như 3 gian tam quan khung gỗ, tường gạch, mái ngói rêu phong, cổ kính với bức hoành phong đề 4 chữ lớn. "Đại hùng bảo điện" và thành bậc thèm ở chính giữa có chạm đôi sấu đá rất sống động, hai hồ tròn thả sen nằm đăng đối hai bên lối đi dẫn vào chùa; hai nhà bia xinh xắn nép dưới bóng cổ thụ; trụ đá tám cạnh có khắc lời tụng niệm; bát hương tạc hình hoa sen, mỗi cánh sen có tạc một tượng Phật như ngồi trên toà sen.