Căn cứ niên đại ghi trên 2 tấm bia đá được bảo tồn trong khuôn viên khu di tích, đình Ngọc Chử được khởi dựng từ đầu thế kỷ 19. Đình xưa quay hướng Nam, theo bố cục chữ “Đinh” truyền thống, gồm 5 gian tiền tế và 3 gian hậu cung. Đình dựng hoàn toàn bằng gỗ lim.

Năm 1948, đình bị giặc Pháp đốt cháy chỉ còn trơ bộ khung và một phần mái. Sau đó, đình tiếp tục bị tiêu thổ kháng chiến. Đồ thờ tế khí cổ phần lớn bị thất lạc, chỉ còn 2 tấm bia đá niên đại thế kỷ 19 và một số sắc phong triều Nguyễn.

Năm 2018, đình Ngọc Chử được chính quyền và nhân dân địa phương phục dựng lại khang trang trên nền cũ.

Đại đình có bố cục kiểu chữ “Công” gồm: 5 gian đại đình, 3 gian ống muống và 3 gian hậu cung.

Mái đình lợp ngói mũi, chính giữa bờ nóc đắp cuốn thư, trên cuốn thư đắp nổi 3 chữ Hán tên đình. hai đầu bờ nóc đắp đôi kìm ngậm bờ nóc. Trong tòa ống muống và tòa hậu cung đặt khám thờ 3 vị Thành hoàng: Bùi Tướng Công Thần Tiên Bùi Mộng Hoa, Phù Sơn Đô Thiên Thượng tướng và Nội Phủ Giám Đô Thái kiêm Thượng tân Viện sự. Ngoài ra đình có khám thờ Phụ, thờ Mẫu.

Đình chỉ lưu giữ được 2 tấm bia đá niên đại đầu thế kỷ 19, một số sắc phong và 1 bức ảnh chụp ngôi đình đã bị Pháp đốt năm 1948 được bảo tồn khá nguyên vẹn đến ngày nay.

Một số sắc phong sao lại từ Viện thông tin khoa học xã hội Hà Nội bao gồm: Sắc Thành Thái 13 (1901); Sắc Duy Tân 3 (1909), Dây Tân 8 (1915); Sắc Khải Định 9 (1924) (3 bản); Sắc Khải Định 2 (1917); Sắc Tự Đức 6 (1853), Tự Đức 33 (1880) và sắc Đồng Khánh 2 (1887)

Bia đá thời Gia Long 6 (1807); Tiêu đề ghi “Hậu thần bi ký”; Bia đá thời Minh Mệnh 8 (1827); Tiêu đề ghi “Hậu thần bi ký”; Nội dung ghi danh những người có công với làng xã được bầu hậu và thờ phối hưởng tại đình làng.

Các hiện vật thờ tự khác như: tượng thờ, long ngai, bài vị, hoành phi, đại tự, câu dối, cửa võng, nhang án, bát biểu, chấp kích đều do nhân dân cung tiến thời gian gần đây.

Tại đình Ngọc Chử, hằng năm, lễ hội chính được tổ chức vào ngày 11 và 12 tháng Giêng, tưởng nhớ công ơn của các vị Thành hoàng, các anh hùng liệt sĩ và cầu mong mưa thuận gió hòa, mùa màng bội thu. Ngoài phần lễ, phần hội được tổ chức với nhiều trò chơi dân gian hấp dẫn như: hát chèo, tổ tôm điếm, đấu vật, cờ người, cờ tướng, hát đúm… thu hút đông đảo du khách thập phương tham gia.

Đình được UBND thành phố công nhận Di tích lịch sử cấp thành phố từ năm 2019.