Tư Đình là một làng cổ có lịch sử tồn tại từ rất lâu đời. Gần 2000 năm trước, sau khi đánh đuổi giặc phương Bắc xâm lược ra khỏi bờ cõi, danh tướng Thành Công Tương Liệt Đại Vương đã được Hai Bà Trưng phong cho thực ấp ở Gia Lâm. Ngoài việc binh, ông thường kinh lý các nơi trong vùng để dạy dân làm ruộng, chăn tằm. Khi qua Cổ Linh thấy phong cảnh đẹp, dân chúng cần cù làm ăn, tướng Thành Công đã ở lại và cho xây Sinh từ tại thôn Tư Đình. Sau này, khi ông hy sinh trong cuộc chiến đấu chống quân xâm lược Hán thì cả 5 thôn trong xã Cổ Linh đều thờ ông là Thành hoàng. Trong những thế kỷ tiếp theo, vùng đất này lại là địa danh của nhiều cuộc đấu tranh giành độc lập của dân tộc.
Thực tế cho thấy, cứ sau mỗi sự kiện lịch sử trọng đại, thì một số nhân vật tiêu biểu lại được suy tôn và hội nhập vào hệ thống Thành hoàng làng Tư Đình. Vì thế, tới nay đình đã thờ 3 vị Phúc thần có công với nước, đó là 2 vị tướng tài Đô Hồ và Đại Lã, tướng của vua Lê Đại Hành trong cuộc chống Tống năm 981 và Linh Lang hoàng tử chống giặc phương Bắc ở thế kỷ XI. Trong ba vị Thành hoàng làng được thờ tại đình, Linh Lang Đại vương có vị trí quan trọng nhất, gắn với nhiều lễ hội và những điều húy kỵ trong đời sống văn hóa, tín ngưỡng truyền thống của nhân dân địa phương. Sự tích của nhân vật huyền thoại này đã được ghi chép trong nhiều sách cổ và lưu truyền rộng rãi trong dân gian. Truyền thuyết về Linh Lang Đại vương tuy đượm màu huyền thoại, phần nào phản ánh về nguồn gốc của vị Thần Hoàng Lang và đã có xu hướng lịch sử hóa hệ thống thần linh cổ xưa của người Việt.
Đình Tư Đình có kết cấu hình chữ công với 2 giải vũ. Do sự tàn phá khắc nghiệt của tự nhiên, do chiến tranh, loạn lạc nên các bộ phận kiến trúc này đã mai một dần. Đại đình là một nếp nhà nằm ngang, nhìn về hướng Tây – Bắc, mặt bằng hình chữ nhật dài (19m70, rộng 11m). Đình được xây gạch kiểu tường hồi bít đốc tay ngai, gồm 5 gian, 2 dĩ, 2 hồi trước được xây vượt ra phía ngoài với khoảng tường rộng 2m, mặt trong của 2 bức tường đắp nổi hình rồng ở bên phải, Hổ ở bên trái để nói lên ý nghĩa về sự quần tụ của trí thức (Rồng tượng cho Tiến sĩ, Hồ tượng cho Cử nhân). Ngoài cùng liền với mỗi mảng tường xây là 1 cột trụ biểu cao gần ngang nóc mái. Trụ có mặt cắt ngang hình vuông, đỉnh trụ có 2 tượng Nghê hướng mặt vào trong, các ô lồng bên dưới đắp nổi đề tài tứ linh: Long, Ly, Quy, Phượng. Mái nhà Đại đình lợp ngói ta, bờ nóc đắp dạng chữ đinh, trên nóc đắp nổi đôi Rồng chầu mặt trời trên đầu của Hổ phù.
Bộ khung nhà gồm 6 bộ vì đỡ mái được làm thống nhất theo kiểu thượng chồng rường giá chiêng hạ kẻ. Kết cấu bộ vì giá chiêng này được tạo thành bởi sự tham gia của 2 trụ trốn đặt trên câu đầu. Đầu của trụ đỡ 3 con rường dưới thượng lương. 2 rường bên ngắn có 1 đầu ăn mộng sâu vào trụ trốn, đầu kia đỡ hoành. Các con rường cửa cốn được đặt trên một thanh xà nách nối cột cái và cột quân. Để mặt trước của Đại đình có hàng hiên rộng, nên kết cấu phía trước của mỗi vì đã làm theo kiểu tền kẻ hậu bẩy. Kẻ này được làm cong gọi là kẻ cổ ngỗng, ăn mộng qua đầu cột quân và cột hiên để đỡ 5 khoảng hoành, phía sau của vì là 1 bẩy ngắn, kết mộng qua đầu cột quân và đội 3 khoảnh hoành.
Phương đình có diện tích mỗi chiều 6m, làm kiểu “mái chồng” 2 lớp với 8 đầu đao uốn cong, vị trí Phương đình nằm giữa Đại đình và Hậu cung, tạo cho di tích thành hình chữ công. Kiến trúc Phương đình đơn giản, chủ yếu bào soi vỏ măng. Đây là kiến trúc được tu bổ phục hồi năm 1996.
Hậu cung gồm 3 gian, xây gạch kiểu tường hồi bít đốc tay ngai, tường bưng kín 3 bề. Kiến trúc này là sản phẩm của lần trùng tu lớn vào năm Bảo Đại thứ 3 (1928) nên có kết cấu khá đơn giản. Chính giữa bờ nóc đắp nổi cao 1 mặt Hổ phù lớn đang ngậm vành trăng, 2 hồi có đầu Rồng hướng về nóc mái, các bộ vì đỡ mái cũng được làm thống nhất theo kiểu “chồng rường giá chiêng hạ bẩy”. Đỡ câu đầu và phần chồng rường bên trên là 2 cột trốn đặt trên một quá giang to, dầy. Đầu của quá giang gác trực tiếp lên 2 bức tường sau, trước. Dưới đầu của mỗi quá giang có 1 bẩy ngắn vươn ra đỡ 3 khoảng hoành. Liên kết các vì là hệ thống xà đai thượng, hạ, chạy khắp 3 gian nhà. Trong mỗi thức vì, các quá giang, hoành, xà đều được bào trơn, soi chỉ rất nhẹ nhàng. Mặt nền ở gian giữa xây bệ thờ, trên đặt 3 bộ Long ngai sơn son thếp vàng, ở giữa là Long ngai thờ Linh Lang Đại vương, bên trái là Long ngai thờ vị Đồ Hồ, bên phải là Long ngai thờ Đại Lã.
Do mỗi nếp nhà trong di tích có chức năng sử dụng khác nhau, nên điêu khắc trong mỗi nhà cũng mang những sắc thái riêng. Nếu như các con rường, hoành, xà, câu đầu trong Hậu cung được bào trơn, soi chỉ để tạo ra cảm giác nhẹ nhàng, thanh thoát cho kiến trúc, thì ở tòa Đại đình đã được người xưa đặc biệt quan tâm đến việc thể hiện các đồ án hoa văn trang trí, nhằm làm sinh động thêm bộ mặt trong của ngôi đình. Trên các bộ vì ở các gian bên, tất cả các con rường, kẻ bẩy được chạm nổi, bong kênh các đề tài Rồng lá, văn thực vật, văn mây. Nét chạm khỏe khoắn, mạch lạc nên đã tạo ra những hoa văn nổi khối, cân xứng với kích thước của con rường. Bốn đầu dư dưới câu đầu của 2 bộ vì giữa được trang trí đầu Rồng bằng kỹ thuật chạm bong, chạm lộng nhiều lớp. Rồng có mũi nở to, mắt lồi, râu và tóc hình đao nhọn, đặc trưng của nghệ thuật điêu khắc Việt Nam thế kỷ XIX.
Hai vì gian giữa, nơi trung tâm diễn ra những tín ngưỡng được tập trung trang trí bằng những mảng chạm liên hoàn. Trên ván bưng của mỗi bộ vì, phần dưới thượng lương được chạm nổi mặt Hổ phù đương ngậm vành trăng, các rường nhỏ bên cột trốn đã trang trí văn thực vật, vân mây, tiếp dưới thân kẻ chạm nổi hình Rồng, đầu kẻ chạm văn mây, rồi Sư tử đứng trên dải mây cuộn và cảnh Hươu với trái đào, bẩy hiên chạm nổi hình lão mai, lão trúc. Ở 4 bức cốn nách được trang trí đậm đặc hai mặt với các đề tài truyền thống như tứ quý, tứ linh, văn thực vật, văn mây, Rồng cuốn thủy, Cá hóa Rồng…
Đình Tư Đình thờ 3 vị phúc thần đã tham gia các cuộc đấu tranh giành lại nền độc lập tự chủ của dân tộc. Ngôi đình là nơi thể hiện tình cảm “uống nước nhớ nguồn” ghi nhớ, biết ơn những người có công với nước. Vị trí các nhân vật được thờ trong lịch sử dân tộc đã làm giàu thêm nội dung, giá trị của di tích, song giá trị chủ yếu nổi bật của đình Tư Đình là nằm trong khối kiến trúc hiện còn.
Đình, chùa Tư Đình thuộc 2 loại kiến trúc tôn giáo tín ngưỡng khác nhau, song cùng hướng tới mục đích giáo dục cho các thế hệ hôm nay và mai sau truyền thống tự hào dân tộc, mãi mãi biết ơn các vị tiền bối. Với nhiều giá trị lịch sử, văn hóa và kiến trúc nghệ thuật, đình Tư Đình đã được Bộ Văn hóa – Thông tin ra Quyết định xếp hạng số 1728-QĐ/VHTT, ngày 2/10/1991. Đây là địa chỉ văn hóa hấp dẫn để du khách tham quan theo tuyến Long Biên – Thạch Bàn – Cự Khối đến làng Bát Tràng.