Chùa được vua Thiệu Trị truyền lệnh xây dựng với qui mô lớn vào các năm 1842, 1844 khi mới lên ngôi vài năm, trên vùng đất nhà vua đã ra đời. Khuôn viên chùa nằm gọn giữa bốn con đường: phía trước là đường Bạch Ðằng chạy dọc theo một nhánh sông Hương, phía sau là đường Tô Hiến Thành gần chùa Diệu Hỷ, bên trái là con đường mang tên chùa Diệu Đế và bên phải là đường chùa Ông.

Kiến trúc ban đầu của chùa rất qui mô. Tuy không đẹp bằng chùa Thiên Mụ, nhưng chùa Diệu Ðế có vẻ độc đáo riêng, có bốn lầu (hai lầu chuông, một lầu trống và một lầu bia). Chính điện là đại giác, tả hữu chính điện là Thiền Đường, phía trước điện dựng gác Ðạo Nguyên hai tầng ba gian, sau gác Ðạo Nguyên có hai lầu chuông trống xây cân đối ở hai bên, chính giữa là lầu Hộ Pháp, sân trong có La Thành, sân trước có hai nhà lục giác, nhà bên tả đặt hồng chung, nhà bên hữu dựng bia lớn khắc bài văn do vua Thiệu Trị soạn.

Hệ thống La Thành ngoài chùa Diệu Ðế xây dựng kiên cố, bề thế, trước có Phượng Môn ba cửa, hai bên có cổng nhỏ, ngoài bờ sông có xây bến thuyền khoảng mười bậc lên xuống. Trước đây, chùa Diệu Ðế có nhiều tượng Phật do được chuyển từ chùa Giác Hoàng, sau sự kiện Kinh đô thất thủ (1885).

Cuối năm này, chính phủ Nam Triều đặt sở Đúc Tiền ở Cát Tường Từ Thất, phủ đường Thừa Thiên ở Trí Tuệ Tịnh Xá và một tăng phòng làm nhà lao của tỉnh, một tăng phòng làm trụ sở cho Khâm Thiên Giám. Năm 1887 phần lớn các ngôi nhà trong chùa đều bị triệt hạ...về sau, ngoài cổng La Thành xây thêm bốn trụ biểu.

Hiện nay, chùa chỉ còn chính điện, hai bên chính điện đặt Bát Bộ Kim Cang, phía sau có một nhà khách, một bếp. Sân ngoài có nhà bia, nhà chuông, ngoài cùng là cổng Tam Quan hai tầng, phía trên có lầu Hộ Pháp.