Các nhà nghiên cứu căn cứ vào kết cấu các vì kèo, thấy đặc biệt hai vì kèo giữa rất thống nhất với kiến trúc thế kỷ thứ XVI ở các di tích khác. Đó là cấu trúc nặng nề, trụ chống khung giá chiêng thấp bè, khung giá chiêng được bịt bằng tấm ván trang trí. Các chạm khắc ấy hoàn toàn giống với kiến trúc thời Mạc (1527 - 1592) với những hình rồng lưng võng yên ngựa, và các đồ án trang trí khác như hoa lá và các con giống. Đáng chú ý hơn nữa là việc quy hoạch khu đình Thổ Hà không nằm giữa khu dân cư như các làng khác mà tập trung riêng một hệ thống sinh hoạt cộng đồng nhiều chức năng kinh tế, giao thông, văn hoá.

Niên đại chính xác của quá trình xây dựng đình Thổ Hà là: Khoảng nửa cuối thế kỷ XVI khởi công xây dựng đình. Năm 1633 dựng chùa phía sau đình. Năm 1685 khởi đầu việc đại tu đình, năm sau thì hoàn thành.

Đình Thổ Hà dựng trên khu đất rộng hơn 8 sào Bắc Bộ, hướng Tây Nam trông ra sông Cầu. Đình thờ thành hoàng là Thái Thượng Lão Quân, còn gọi là Lão Đam hoặc Lão Tử. Đây là vị thần có gốc ở Trung Quốc, nhưng có lẽ do nghề chính của Thổ Hà thành bại đều trông ở đốt lửa nung lò chum vại, gần với sự tích Lão Quân trông lò bát quái trên thiên đình nên Lão Quân đã được Việt hoá, đi dẹp giặc Xích Quỷ, giúp An Dương Vương xây thành ốc và hoá ở chùa Đoan Minh Thổ Hà.

Sân đình Thổ Hà dài 17,4m rộng 12,7m. Hai bên sân có nhà tả vu, hữu vu, mỗi bên 5 gian kèo tam giác 2 hàng cột đơn giản, lòng nhà rộng 3,6m. Cuối sân, có nhà tiền tế dài 15m, rộng 8,7m gồm 3 gian chính 2 gian phụ, hai vì giữa kiểu chồng giường kết hợp giá chiêng, hai vì bên kiểu chồng giường. Trang trí chạm khắc tứ linh, văn kỷ hà, văn nền gấm chữ vạn.... Toà tiền tế là bộ phận mới được bổ xung vào thời Nguyên. Sau tiền tế, cách một rãnh thoát nước là khu đình chính gồm 3 toà ngang dọc kiểu chữ công: bát đường, ống muống, hậu cung.

Đề tài trang trí chạm khắc gỗ đình Thổ Hà khá phong phú. Ngoài các con vật tứ linh quen thuộc còn có nhiều con giống 4 chân nhỏ nhắn, nhanh nhẹn, ở các thế bò, đứng, leo trèo. Các con thú lớn hơn như voi, ngựa, hươu, nai, chồn, nghê, lân... Các văn hoá dây, lá lật, mây xoắn hình ốc.... Hình người thường được thể hiện các nàng tiên cưỡi rồng, lưng phượng, bay múa. Khối hình đơn giản nhưng có sức sống và vẻ mềm mại, yêu đời, gần gũi với đời thường. Kỹ thuật chạm khắc chắc tay, sử dụng các loại chạm tác kênh bong hay chạm nền, chạm lông... đều rất đắc địa, phù hợp với từng dề tài.

Sau khu đình, bên phải có đền, tiếp giáp với tam quan của chùa Thổ Hà (Đoan Minh Tự) thẳng trực kiến trúc toàn thể. Tiếp là gác chuông (nay đã mất). Rồi đến cụm chùa. Con đường nhỏ dọc theo cụm kiến trúc này dẫn vào làng. Cổng làng Thổ Hà cũng là một công trình đẹp, phối hợp cảnh quan tự nhiên hài hoà, giới hạn quy hoạch chung của quần thể làng và đình, đền, chùa.

Các đợt tu sửa đình được ghi nhận vào năm 1714, 1879. Năm 1977 được Nhà nước và nhân dân địa phương tiến hành một cuộc sửa chữa lớn, nâng cao nền đình tránh nước ngập. Mặc cho thời gian, vẻ đẹp cổ kính của đình Thổ Hà mãi mãi lung linh trong lòng sông Cầu quê hương.