Từ chân cầu Trà Khúc khoảng 20 nhịp, đi theo con đường về phía Cổ Lũy khoảng 2km, du khách sẽ gặp lối đi lên chùa Thiên Ấn. Chùa được khởi công xây dựng vào năm 1694 và hoàn thành vào cuối năm 1695. Đến năm 1716, chùa được chúa Nguyễn Phúc Chu ban cho biển ngạch "Sắc tứ Thiên Ấn tự". Chùa được trùng tu vào các năm 1717, 1827, 1910, 1918, 1959, 1992-1993.    

Ban đầu, chùa chỉ là một thảo am, sau đó được mở rộng và đã thu hút nhiều tăng ni phật tử khắp nơi về tu hành. Sư tổ đầu tiên trụ trì chùa là thiền sư Pháp Hóa (1670 – 1754), tục danh Lê Diệt, hiệu Minh Hải Phật Bảo, thuộc dòng thiền Lâm Tế.  

Chùa Thiên Ấn có kiến trúc đơn giản, nhà phương trượng của chùa được xây dựng theo kiểu nhà rường. Chùa nằm trên một thế đất thiêng trong tâm tưởng của người dân Quảng Ngãi, đó là đỉnh núi Thiên Ấn. Đứng ở sân chùa, du khách có thể quan sát được cả không gian bao la, rộng lớn xung quanh, đặc biệt là dòng sông Trà Khúc hiền hòa, thơ mộng. Trong khuôn viên chùa có một giếng cổ sâu đến hơn 50 thước, nước trong và ngọt. Tương truyền, sau khi dựng chùa xong, thấy hiếm nước, sư tổ chùa đã tự mình đào giếng suốt 20 năm. Đào xong thì sư mất nên giếng được gọi là Giếng Phật. Trong chùa còn có quả chuông lớn (tục gọi là Chuông Thần), được thỉnh về từ làng đúc đồng Chí Tượng (nay là xã Đức Hiệp, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi) vào năm 1845. Hiện nay, chuông được treo ở bên trái chính điện của chùa.  

Phía đông chùa, nằm bên hàng cây đại thụ là khu viên mộ với những ngôi bửu tháp được xây dựng nhiều tầng theo số lẻ (3,5,7,9), mang hình hoa sen, là nơi an táng các vị sư tổ và thiền sư trụ trì chùa. Ngoài ra, phía tây nam chùa còn có phần mộ nhà yêu nước Huỳnh Thúc Kháng được nhân dân an táng vào năm 1947. Ngôi mộ là sự kết hợp giữa kiến trúc hiện đại và lăng mộ truyền thống Đông phương nên vừa đơn giản, vừa trang trọng, gắn bó hài hòa với tổng thể cảnh quan chùa Thiên Ấn.  

Chùa còn có nhiều hạng mục Phật giáo được xây mới như: vườn cây Lâm tì ni (vườn thượng uyển), bảo tháp 9 tầng, tượng phật bồ tát...  

Ngày 2/3/1990, chùa Thiên Ấn và mộ Huỳnh Thúc Kháng đã được Bộ Văn hóa - Thông tin (nay là Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch) công nhận là Di tích lịch sử - văn hóa cấp quốc gia.