Chùa được khởi dựng từ khá sớm, vào khoảng cuối thời Lê và được trùng tu nhiều lần vào thời Nguyễn. Ngày nay, chùa vẫn giữ được quy mô kiến trúc bề thế. Tam quan được xây theo kiểu chồng diêm, hai tầng tám mái, ngói giả ống, bờ nóc có đầu kìm đắp hình rồng cuốn. Bốn góc đao đắp rồng chầu vào bờ nóc, phía dưới có ba chữ Hán: “Kim Lan tự”. Cửa chính chỉ có một cửa xây kiểu vòm cuốn. Hai bên là hai trụ biểu, đỉnh trụ đắp hình búp sen, dưới là các ô lồng đèn, thân trụ đắp nổi các câu đối bằng chữ Hán.
Khu chùa chính có kết cấu kiểu chữ “Đinh”, gồm tiền đường 5 gian, thượng điện 3 gian. Tiền đường được xây theo kiểu tường hồi bít đốc, mái gồm hai tầng lợp ngói ta. Chính giữa mái trên có đắp bức đại tự hình chữ nhật ở giữa bờ nóc. Bên ngoài là hàng hiên gồm các cột tròn đỡ các đầu bẩy. Cách hai hồi hiên hơn 1m có hai trụ biểu lớn. Khung tiền đường gồm sáu bộ vì được làm theo kiểu chồng rường. Sát hai gian hồi tiền đường treo các chuông, khánh lớn. Phía sau chùa chính là nhà Mẫu với tiền đường rộng 5 gian, hậu cung gồm 3 gian; kết cấu kiểu tường hồi bít đốc, mái lợp ngói ta, các vì được xây bằng bê tông phỏng theo cách thức vì cổ truyền. Ba gian giữa là nơi thờ Tam tòa Thánh mẫu. Sát tường hồi bên trái gắn 8 tấm bia đá. Nằm ở bên phải nhà Mẫu là nhà Tổ gồm 7 gian, mái lợp ngói ta, các vì đều bằng bê tông được mô phỏng cách thức vì cổ truyền.
Trong chùa Kim Lan hiện còn lưu giữ nhiều di vật phong phú được làm từ nhiều chất liệu như gỗ, đồng, đá, gốm sứ mang những giá trị nghệ thuật tiêu biểu của nhiều thời kỳ. Đặc biệt phải kể đến 43 pho tượng tròn được tạo tác công phu. Ngoài ra còn có nhiều di vật bằng gỗ tinh xảo mang phong cách nghệ thuật thế kỷ XIX như 5 bức đại tự, 2 câu đối sơn son thếp vàng, 2 biển gỗ đề thơ. Đặc biệt là 1 hương án gỗ kích thước 1,2m x 0,9m được chạm bong, chạm thủng theo phong cách nghệ thuật thế kỷ XIX với các hoa văn mang đề tài “tứ linh”, hoa văn chữ triện, chim phượng, lá hóa rồng, hổ phù...
Năm 2003, chùa Kim Lan được xếp hạng Di tích lịch sử - kiến trúc nghệ thuật cấp thành phố.