Trước đây đền là nơi thờ Sơn thần, Thuỷ thần để cầu cho thuyền bè được qua lại bình yên. Cho đến cuối thế kỷ 19 đền được tu bổ để thờ phụng vị nữ tướng có công lớn đánh giặc Cờ Đen là cô Thắm. Sự tích kể lại rằng: ngày xưa có một cô gái rất xinh đẹp là con ông lão đánh cá nghèo ở làng chài ven sông Tràng Cổ tên là Thắm. Vừa xinh đẹp lại chăm chỉ, nết na, hiền dịu nên cô Thắm được các chàng trai quanh vùng rất yêu mến, ai cũng muốn được kết duyên cùng cô. Nhưng không may tên chúa Mường trong vùng đã dùng quyền lực bắt cô về làm vợ. Sống trong khổ cực trăm bề, tên chúa Mường lại làm tay sai cho giặc, cô liền tìm cách trốn thoát và đứng lên tập hợp dân nghèo đánh giặc. Được tin cô Thắm trở thành vị nữ tướng chống giặc Cờ Đen, vì muốn lập công nên tên chúa Mường đã dẫn quân giặc đến đánh. Một trận kịch chiến đã diễn ra tại ngã ba sông Tràng Cổ. Thật không may cô Thắm đã bị trúng mũi tên thuốc độc và anh dũng hy sinh. Tức giận quân lính của cô quyết chiến đánh tan quân giặc trả thù và để tưởng nhớ vị nữ tướng dũng cảm nhân dân đã lập đền thờ cô Thắm

Quần thể đền gồm có đền chính, miếu cô Thắm và miếu Sơn Thần. Đền chính là một toà nhà ba gian trong đó hai gian Tiền Tế và Hậu Cung có treo các bức hoành phi câu đối và thờ: ngũ vị tôn ông, Bách Linh, đức thánh Trần Hưng Đạo, mẫu Thượng Thiên, Phật Quan Âm. Bên trái đền chính là miếu cô Thắm với kiến trúc bê tông cuốn vòm. Trên bệ thờ là tượng cô Thắm mặc áo xanh, phía trước và hai bên có bát hương, đặc biệt phần dưới bệ thờ có đôi chim phượng được tạc bằng đá có hoa văn mang phong cách Hậu Lê (thế kỷ 18).