Chùa tọa lạc trên đỉnh đồi Tây Phương, hình cong như lưỡi câu (xưa gọi là núi Câu Lậu) cao chừng 50m, thuộc núi Ngưu Lĩnh (núi Con Trâu), xã Thạch Xá, huyện Thạch Thất, tỉnh Hà Tây cũ, nay thuộc thành phố Hà Nội.
Chùa được xây dựng từ lâu đời và đã được trùng tu nhiều lần vào các thế kỷ XVI, XVII, XVIII. Năm 1554, chùa được xây lại trên nền cũ. Năm 1632, chùa xây dựng thượng điện 3 gian và hậu cung cùng hành lang 20 gian. Năm 1660, Tây Đô Vương Trịnh Tạc cho xây lại chùa mới. Đến năm 1794, dưới thời nhà Tây Sơn, chùa lại được đại tu hoàn toàn với tên mới là “Tây Phương Cổ Tự” và hình dáng kiến trúc còn để lại như ngày nay. Chùa Tây Phương còn có tên gốc là Sùng Phúc Tự và Hoàng Sơn Thiếu Lâm Tự.
Chùa được đặt trên đỉnh núi cao hơn 100m với hơn 230 bậc cấp lát đá ong. Dựa vào thế núi từ thấp lên cao, kiến trúc chùa Tây Phương được xây dựng theo kiểu chữ Tam, gồm ba ngôi chùa song song với nhau dọc theo sườn núi, mỗi chùa cách nhau 1,6m: chùa Hạ, chùa Trung và chùa Thượng. Mặc dù mỗi ngôi chùa mang một kiến trúc riêng biệt nhưng lại nằm trong một chỉnh thể hài hòa, thống nhất giữa không gian núi rừng trầm tịch và thoáng đãng.
Mỗi tòa nhà có hai tầng mái kiểu chồng diêm: mái trên có múi in nổi hình lá đề, lớp dưới là ngói lót hình vuông sơn ngũ sắc như màu áo cà sa xếp trên những hàng rui gỗ làm thành ô vuông văn đều đặn. Mái chùa có những góc đao cong vút được kết hợp bởi hai loại vật liệu chính là gỗ và đất nung, với những đường nét nổi lên hình hoa, lá, rồng phượng rất sống động, vươn cao tới 2,2m. Xung quanh diềm mái của ba tòa nhà đều được chạm trổ tinh tế theo hình lá triện cuốn rất công phu. Tường chùa xây toàn bằng gạch Bát Tràng, các cột gỗ đều kê trên đá tảng xanh, khắc hình cánh sen.
Không chỉ nổi bật với kiến trúc độc đáo, chùa Tây Phương còn là nơi tập trung những tác phẩm đặc sắc của nghệ thuật điêu khắc tôn giáo bao gồm chạm trổ, phù điêu và tạc tượng. Hầu hết các đầu bẩy, các bức cổn, xà nách, ván long… làm bằng gỗ trong chùa đều được bàn tay của các nghệ nhân chạm trổ những hình ảnh quen thuộc của dân tộc Việt Nam như: hình lá dâu, lá đề, hoa sen, hoa cúc, rồng, phượng, hổ phù…
Điểm nổi bật nhất ở chùa Tây Phương là các bộ tượng. Trong chùa có hơn 70 pho tượng cùng với các bức phù điêu, chủ yếu được tạc bằng gỗ mít sơn son thếp vàng, như các bộ tượng Tam Thế Phật, bộ tượng Di Đà Tam Tôn, tượng Tuyết Sơn, tượng Bồ Tát Di Lặc, tượng Bồ Tát Văn Thù, tượng Bồ Tát Phổ Hiền,… Nhiều pho được tạc cao hơn người thật như 8 pho tượng Kim Cương và Hộ Pháp, cao chừng 3m, trang nghiêm phúc hậu. Phần lớn các tượng này đều được coi là có niên đại cuối thế kỷ XVIII. Một số tượng khác được tạc vào giữa thế kỷ XIX.
Đặc biệt là tượng 18 vị La Hán được thờ ở chùa Thượng. Đó là 18 vị Sư tổ của Phật giáo. 18 bức tượng là 18 cá thể, mỗi người một dạng vẻ, một tư thế, ai nấy đều có nét riêng biệt, chân thực.
Chùa Tây Phương với bộ tượng La Hán điển hình nhất của nghệ thuật điêu khắc Việt Nam thế kỷ XVIII là một công trình tôn giáo đặc sắc tiêu biểu cho mỹ thuật Việt Nam thời Hậu Lê..
Chùa đã được Bộ Văn hóa công nhận là Di tích lịch sử – văn hóa quốc gia năm 1962.
