Đình Tây Đằng được dựng vào khoảng đầu thế kỷ 16, nhưng hiện nay tại đình vẫn còn lại một số hoa văn từ thế kỷ 11 - 13, nên có giả thiết đình Tây Đằng có thể được xây dựng từ trước thế kỷ 16. Ngôi đình thờ Tản Viên, một trong tứ bất tử của tín ngưỡng dân gian Việt Nam, một trong những nhân vật hàng đầu của thần thoại Việt – Mường cổ.
Đình quay hướng nam. Theo quan niệm của người xưa thì hướng của đình nhằm đề cao thánh Tản Viên, coi ông là vua tinh thần của làng xã, góp phần gìn giữ cuộc sống bình yên cho chúng dân.
Đình Tây Đằng là một công trình kiến trúc độc đáo. Đình chỉ có mỗi một nếp nhà kiểu chữ “nhất”, không có hậu cung, cũng không có tiền tế. Vật liệu xây dựng ban đầu hoàn toàn bằng gỗ mít, trong quá trình tu bổ sau này có dùng một số gỗ lim Trường Sơn. Phía trước đình là mảnh đất rộng làm nơi sinh hoạt cộng đồng trong ngày hội. Tiếp đó là hồ bán nguyệt đặt ngay phía trước nghi môn trụ. Đây là một dạng nghi môn phổ biến của thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, cùng niên đại này còn hai tòa tả hữu vu nằm ở hai bên một sân rộng.
Đại đình được dựng trên một nền hình chữ nhật cao bó đá vỉa. Đình có 5 gian, 4 mái. Bên trong đình dựng kiểu chồng rường với 48 cột lớn nhỏ, chia thành 3 gian chính, 2 gian chái, có hàng hiên bao quanh. Đình Tây Đằng không có bứng ván và không xây tường xung quanh mà chỉ có hệ thống cột chống dàn mái tạo nên một không gian thoáng đãng, tràn đầy ánh sáng. Cột đình thấp, tạc theo kiểu thượng thu hạ thách (trên nhỏ dưới to), đôi vì nóc qua một dấu vuông thót đáy lớn. Vì nóc làm theo kiểu giá chiêng với con rường trên mập, vồng lên để dồn lực về đầu cột và tạo không gian cho ván lá đề ở trung tâm.
Đình Tây Đằng hấp dẫn du khách không phải ở khung cảnh thiên nhiên mỹ lệ, cũng không phải ở quy mô đồ sộ mà là ở nghệ thuật điêu khắc chạm trổ, trang trí còn lưu lại trên các cột, vì kèo, xà, đấu, ván long, lá gió… Tại đây, du khách được chiêm ngưỡng tài năng tuyệt vời của những người thợ mộc đã đạt tới trình độ điêu luyện. Sự tài tình của các bậc tiền nhân chính là ở chỗ toàn bộ hơn 1.300 chi tiết chạm khắc gỗ trong đình không hề trùng nhau một chi tiết nào và được bố trí rất hài hòa, không mang tính đối xứng như các chi tiết kiến trúc ở nhiều ngôi đình khác... Các bức chạm khắc ở đình Tây Đằng mang đậm nét văn hóa dân gian, đề tài thiên về hoạt động của con người trong làng xã Việt Nam thế kỷ 16 như bơi thuyền, gánh con, đốn củi, múa hát… thể hiện tư duy, trí tuệ của người Việt cổ về cuộc sống, lao động.
Đình Tây Đằng có cách bài trí hiếm thấy trong di sản kiến trúc Việt Nam: một dải trang trí gồm tượng các tiên nữ cười ở dạnh con sơn, được kết nối bằng riềm hoa văn đặt cài dưới mái; các tiên nữ thổi sáo, tiêu, gảy đàn đáy, đàn nguyệt… Hình hoa lá có hoa sen, hoa cúc cùng các mô típ hoa văn xoáy tròn, chạm trên các bảy hiên, đường nét rất tinh túy. Các đầu đao đều uốn cong có gắn long, ly, quy, phượng bằng đất nung; xà, đấu, kèo, cốn đều có chạm khắc tinh xảo.
Nét độc đáo nhất ở đình Tây Đằng là các hình chạm khắc rồng mang phong cách thời Trần. Thăm Tây Đằng, du khách có thể bị thu hút, mê hoặc bởi hàng chục, hàng trăm hình thái rồng được chạm khắc và đục đẽo thành tượng tròn, đặt ở các ván bưng, bức cốn, giữ vai trò đầu dư, con sơn. Chưa một ngôi đình, đền nào có sự thiên biến vạn hóa hình rồng đa dạng và tinh tế như vậy.
Với những giá trị kiến trúc chạm khắc độc đáo, đình Tây Đằng được ví như một bảo tàng nghệ thuật dân gian của thế kỉ 16.