Từ trung tâm Hà Nội đi theo đường Giải Phóng đến đầu cầu vượt Ngã Tư Vọng, rẽ trái vào ngõ 377, đi khoảng 200m là tới di tích.

Ngôi chùa được xây dựng vào năm Cảnh Hưng thứ 43 (1782) nhằm đáp ứng nhu cầu tín ngưỡng tôn giáo thờ Phật của nhân dân.

Hiện tại, di tích được xây dựng gồm nhiều hạng mục công trình: Tam quan, Tiền đường, Thượng điện, nhà Tổ, nhà Mẫu, Lầu chúa và hệ thống sân vườn. Đi qua cổng Tam quan được xây dựng với 2 tầng mái là tới chùa chính, gồm Tiền đường và Thượng điện kết cấu theo kiểu chữ “đinh” (丁). Tiền đường gồm 5 gian, tường hồi bít đốc, 2 mái chảy lợp ngói ri. Thượng điện là tòa nhà nằm dọc, nối với gian giữa Tiền đường. Phía sau có xây dựng một dãy nhà làm nơi thờ Tổ, thờ Mẫu, bên phải được xây dựng một công trình để thờ các cô. Nhân dân trong vùng gọi là Lầu chúa. Các công trình trên đều đã được trùng tu, sửa chữa lớn 2 lần vào năm 1954 và năm 1990.

Bên trong di tích còn bảo lưu được rất nhiều di vật cổ, quý hiếm như hệ thống tượng tròn làm bằng đất luyện có niên đại khoảng cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX, hệ thống bia hậu ghi công đức có niên đại cuối thế kỷ XVIII…

Trong lịch sử tồn tại, chùa Phương Liệt đã có những đóng góp to lớn trong cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp xâm lược. Khoảng cuối năm 1944, tại làng Phương Liệt đã hình thành và phát triển tổ Việt Minh hoạt động bí mật tại chùa Phương Liệt. Những nhà sư trông nom chùa như sư cụ Đàm Chỉnh, sư thầy Đàm Khánh làm công tác liên lạc giữa tổ Việt Minh Phương Liệt với các tổ Việt Minh khác trong thành phố và các cơ quan cấp trên, đồng thời nhận và chuyển tài liệu tuyên truyền của các cơ quan cấp trên. Sau này, chùa còn chứng kiến sự kiện ngày Nhật đảo chính Pháp, các đồng chí trong tổ Việt Minh đã sử dụng chùa là nơi học tập bí mật và tập trung lực lượng cách mạng để vạch ra kế hoạch giành chính quyền ở làng và các địa phương lân cận.

Bên cạnh những hoạt động cách mạng như trên, chùa còn là nơi đi lại, cất giấu tài liệu, vũ khí, nuôi dưỡng các chiến sĩ biệt động cách mạng từ hậu phương vào và từ nội thành ra.

Với những giá trị lịch sử kháng chiến của ngôi chùa, và đặc biệt là cống hiến của 2 nhà sư Đàm Chỉnh và Đàm Khánh, nên sư trụ trì chùa đã được Nhà nước tặng thưởng Huy chương kháng chiến. Di tích đã được Bộ Văn hóa và Thông tin xếp hạng Di tích cấp Quốc gia năm 1993.