Chùa Nễ Châu có tên chữ là “Thụy Ứng Tự” (chùa Thụy Ứng), được khởi dựng vào thời Tiền Lê (thế kỷ thứ 10). Tương truyền, khi Lê Hoàn đóng quân để chống giặc ngoại xâm nhà Tống ở Nễ Châu, đã cho người xây dựng một ngôi chùa. Khi chùa được xây xong, Lê Hoàn nói: làng nào đủ tiền trả công thợ thì chùa sẽ thuộc về làng đó. Nhờ vào sự giúp đỡ của gia đình bà Nguyễn Thị Ngọc Thanh (người làng Nễ Châu), dân làng Nễ Châu đã đủ tiền trả công thợ nên chùa thuộc về làng từ đó.
Thấy bà Ngọc Thanh xinh đẹp, Lê Hoàn đã lấy bà làm vợ. Trong thời gian này, bà đã có nhiều công sức giúp nghĩa quân của Lê Hoàn đánh bại quân xâm lược nhà Tống. Khi Lê Hoàn lên ngôi hoàng đế, bà đã không theo nhà vua về Hoa Lư mà xin ở lại quê hương để chăm sóc cha mẹ già yếu, Sau khi bà mất, nhà vua đã cho lập đền thờ ở đối diện chùa Nễ Châu và sắc phong làm “Ngọc Thanh Hoàng hậu”.
Chùa đã được trùng tu, tôn tạo nhiều lần, gần đây nhất là vào năm 2005 trong khuôn khổ dự án tu sửa di tích cổ Phố Hiến giai đoạn II. Ở lần trùng tu này, chùa được phục dựng theo đúng nguyên bản, theo kiểu “Nội công ngoại quốc” với nhiều hạng mục, trong đó có 3 hạng mục nổi bật là: nhà Tiền đường, Thượng điện và hai dãy hành lang.
Nhà Tiền đường dài 15m, rộng 5m, gồm 7 gian, được kiến trúc theo kiểu vì kèo đơn giản. Ở hai bên đầu hồi nhà Tiền đường có hai cột đồng cao 3,5m, trên đỉnh cột đắp hai con nghê quay đầu vào nhau. Phía trên, ở chính giữa mái nhà có đắp nổi 3 chữ Hán “Thụy Ứng Tự”. Toàn bộ hoa văn trang trí ở nhà Tiền đường đều được chạm khắc hình lưỡng long chầu nguyệt và hoa lá cách điệu, mang đậm nét văn hóa thời Lê.
Kế tiếp nhà Tiền đường là Thượng điện dài 12m, rộng 5m với kiểu kiến trúc giống nhà Tiền đường. Bên trong Thượng điện đặt các pho tượng thờ rất đẹp, có giá trị nghệ thuật điêu khắc cao, trong đó nổi bật hơn cả là bộ tượng Tam Thế và tượng Tuyết Sơn. Bộ tượng Tam Thế được tạc bằng gỗ, trong tư thế ngồi thiền trên tòa sen, khuôn mặt mỉm cười đôn hậu. Các mặt của toà sen đều được khắc hình hoa lá và một số tích truyện của nhà Phật. Đáng chú ý là cả ba bức tượng Tam Thế đều dựa lưng vào một lá gỗ có hình dáng giống như bài vị. Khác với bộ tượng Tam Thế, tượng Tuyết Sơn được tạc trong tư thế ngồi suy tư, hai tay bó gối. Đây là pho tượng cổ có từ thời Lê, hiện thân của Đức Phật Thích Ca giai đoạn tu luyện trên núi Tuyết Sơn.
Hai dãy hành lang của chùa nằm đối xứng, đặt hàng trăm pho tượng với các tư thế, vẻ mặt khác nhau, phác họa đầy đủ các tích truyện của nhà Phật.
Năm 1992, chùa Nễ Châu đã được Bộ Văn hoá - Thông tin (nay là Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch) công nhận là di tích lịch sử văn hoá cấp quốc gia.