Đình Thanh Am được xây dựng trên khu đất rộng, trong khu vực cư trú của dân làng. Hiện tại, mặt bằng kiến trúc của khu di tích bao gồm: 2 sân gạch rộng, đình chính hình chữ công, gồm Đại đình, Phương đình và Hậu cung. Hai bên nhà Phương đình có 2 dãy Giải vũ chạy song song, phía sau là chùa Thanh Am.
Đình có quy mô kiến trúc khá lớn, tòa Đại đình xây gạch, 4 mái lợp ngói mũi hài với các góc đao cong. Chính giữa bờ nóc đắp đôi Rồng lớn chầu, Hổ phù đội mặt trời lửa. Bên trong chia thành 5 gian, 2 chái, 6 hàng chân, bố trí không đều nhau: gian giữa lớn hơn cả thể hiện sự tôn kính và để thực hiện các nghi lễ thờ Thành hoàng. Các gian bên được tôn nền cao hơn 30cm làm nơi sinh hoạt cộng đồng của các giáp mỗi khi có việc làng. Bộ khung nhà làm bằng gỗ lim với 6 bộ vì chính và hệ thống xà, kè đỡ các mái hồi. Các bộ vì được làm thống nhất, có kết cấu kiểu chồng rường giá chiêng, vì nách theo kiểu chồng rường, rồi tới hệ thống kẻ hiên. Đỡ các câu đầu của các vì là các đầu dư chạm hình đầu Rồng. Từng bộ vì nóc được tỳ lên trên 2 cột cái (có đường kính khoảng 0,57m, cao khoảng 5m), đường kính cột quân 0,44m và cột hiên là 0,35m. Liên kết các vì là hệ thống xà đai thượng, xà đai hạ chạy khắp các gian.
Nằm giữa Đại đình và Hậu cung là Phương đình xây kiểu 2 tầng 8 mái, góc đao uốn cong, trên đầu kìm và bờ nóc đắp nổi các đầu Rồng trang trí bằng vôi vữa. Phương đình được xây tường gạch kín 2 bên, bộ khung đỡ mái gồm các cột trốn đặt trên 2 thanh xà ngang, gác trực tiếp lên tường bao. Hậu cung là một nếp nhà ngang 3 gian, cao và hẹp lòng. Bộ khung đỡ mái gồm 4 bộ vì được làm theo kiểu chồng rường liên kết với kẻ hiên. Bên trong lòng nhà xây bệ gạch cao, trên đặt Long ngai, bài vị thờ Thành hoàng làng.
Trang trí trên kiến trúc tập trung ở tòa Đại đình: trên các thanh rường chạm các hình hoa lá, văn mây bằng kỹ thuật chạm nổi. Đầu kẻ chạm nổi hình Rồng. Đầu dư chạm hình đầu Rồng bằng kỹ thuật lộng nhiều lớp. Đáng chú ý là trên vì nách của 2 bộ vì gian giữa đã xếp các thanh rường chồng khít lên nhau tạo thành dạng cốn mê, trên bề mặt các bức cốn này chạm khắc các đề tài truyền thống như tứ linh: Long – Ly – Quy – Phượng; tứ quý: Thông – Trúc – Cúc – Mai.
Đình Thanh Am còn lưu giữ được nhiều đạo sắc, trong đó, có đạo sắc sớm nhất có niên hiệu Vĩnh Khánh năm thứ 2 (1730) cho thấy: đình Thanh Am được xây dựng từ sớm, đó là nơi thờ vợ chồng Đào Kỳ – Phương Dung, 2 vị tướng kiệt xuất trong cuộc khởi nghĩa Hai Bà Trưng và Trình Quốc công Nguyễn Bỉnh Khiêm, một danh nhân văn hóa thế kỷ XVI, làm Thành hoàng làng.
Trạng trình Nguyễn Bỉnh Khiêm là người đã khai sinh ra làng Đuống – Thanh Am. Khi còn làm quan và cả khi đã về quê ở ẩn, Nguyễn Bỉnh Khiêm thường đi qua vùng đất cổ Thanh Am, là người hiểu biết, ông sớm nhận ra vẻ đẹp và giá trị của vùng đất đai mầu mỡ bờ Nam sông Đuống lên đã cho một chi con cháu đến đây lập nghiệp, giúp dân phát triển nông trang đôn thành phong tục và hình thành làng Đuống – nay là Thanh Am thuộc các tổ dân phố 23, 24, 25,26,27 phường Thượng Thanh ngày nay, vì vậy người dân Thanh Am vẫn truyền tụng rằng: “Giữa làng 1 ngôi đình cổ, Ghi nơi đây dấu ấn Trạng Trình, người năm xưa mở ấp khai sinh”. Cũng chính vì vậy nhân dân làng Đuống xưa đã tôn vinh người cùng với 2 danh tướng thời Bà Trưng là thần Thành Hoàng làng, thờ cúng bốn mùa tại Đình làng.
Trải qua hàng trăm năm lịch sử, do ảnh hưởng của thời gian và chiến tranh, ngôi Đình cổ phần nào đã bị xuống cấp, các di tích bị mai một, song với ý thức tự cường của dân tộc, truyền thống yêu nước thương dân được thừa hưởng từ các bậc tiền bối, với đạo đức và lòng tôn kính sâu sắc đối với các bậc thánh nhân, những người có công với dân với nước, nhằm bảo lưu truyền thống văn hóa, thuần phong mỹ tục làm nền tảng giáo dục cho các thế hệ mai sau. Hai giới các cụ cùng nhân dân Thanh Am, chính quyền địa phương đã nâng niu, bảo trọng, giữ gìn những bút tích lịch sử của ngôi Đình. Tại ngôi Đình hiện nay còn lưu giữ dấu ấn về nghệ thuật kiến trúc tinh xảo qua các thời kỳ với Sắc phong, Thần phả, Sấm ký, Câu đối, Bia đá, Chuông là bút tích lịch sử gắn bó với những nhân vật kiệt xuất đồng thời ghi lại những thuần phong mỹ tục, hương ước của quê hương Thanh Am rất có giá trị về mặt lịch sử.
Ngày 09/01/1990, Đình Thanh Am được Bộ Văn hóa thông tin công nhận là di tích lịch sử.