Đền Chu Văn An kiến trúc theo kiểu chữ Đinh, dựa theo kiến trúc thời Nguyễn, chồng diêm hai tầng tám mái. Nghệ thuật trang trí của đền theo đề tài tứ linh, tứ quý: long, ly, quy, ph­ượng, tùng, cúc, trúc, mai. Các bức y môn sơn son thiếp vàng trang trí theo hình t­ượng: rồng chầu hoa cúc mãn khai.
Đền thờ Chu Văn An gồm năm gian tiền tế và một gian Hậu cung. Có 5 ban thờ: Phía trong Hậu cung đặt tượng thờ thầy giáo Chu Văn An, t­ượng bằng đồng, nặng 100kg trị giá 79 triệu đồng do ĐH Kiến trúc công đức, trên là bức đại tự với hàng chữ “ Vệ dực chính đạo”. Ban tiếp theo là thờ gia tiên họ Chu, bên trên có bức đại tự “ Chính học thuần hành”. Ban chính giữa là ban công đồng, có 3 bức đại tự: Bức ở giữa “ Chấn phấn Nho học”; bức bên trái là “Minh thánh đạo”; bức bên phải là “Nhân trí dũng” và toàn bộ hoành phi câu đối ca ngợi đức độ Chu Văn An. Ban phía bên tay phải từ trong ra là ban thờ học trò thầy Chu Văn An, ban bên trái thờ Sơn thần Phượng Hoàng.
Kiến trúc giai đoạn một bao gồm các hạng mục công trình: đền chính, sân thượng, các bậc đá, hai đuôi rồng đá, sân chung với hai nhà giải vũ, sân hạ và hai nhà bia. Đặc biệt hai rồng đá kiến trúc theo kiểu rồng thời Trần chắc, khoẻ, các bậc đá đều xây dựng theo kiểu thất trảm sớ ( có 7 bậc).