Địa thế chùa rất đẹp với các núi nhỏ chung quanh như núi Ninh Sơn, Đồng Lư, Tiên Lữ. Đây là Ngôi chùa chính xây dựa vào vách núi. Chùa tương đối nhỏ nhưng sân rộng lại có nhiều cổ thụ nên nhuốm màu trang nghiêm, thanh tịnh. Xưa kia toàn bộ khu núi Trầm là nơi vua Lê, chúa Trịnh đặt hành cung.

Chùa Trầm được xây dựng vào thế kỉ 16, năm Cảnh Trị thứ 7 (1669), do một vị tướng quân sau khi xuất gia lập nên. Ngôi chùa mang tên gọi của ngọn núi nơi nó dựa vào, là “Tử Trầm sơn”. 

Toà Tam bảo được xây theo kiểu hình chữ “Đinh” ở mé trái sân, khách lên phải leo qua ba thềm gạch cao tổng cộng 17 bậc. Tiền đường rộng 5 gian, bên trong thượng điện bài trí trang nghiêm, hệ thống tượng Phật khá đầy đủ, sinh động. Hông chùa dựa vào vách núi, cũng như nhà bia, tháp mộ và ngôi miếu nhỏ trước tiền đường. Phía sau là nhà Tổ, trai phòng và sân hậu.

Cạnh lối vào hang có đài kỷ niệm một sự kiện lịch sử trong thời kỳ đầu của Đài Tiếng nói Việt Nam. Chính từ đỉnh núi Trầm, Lời kêu gọi toàn quốc kháng chiến của Hồ Chủ tịch đã vang lên khắp bốn phương trên làn sóng điện ngày 20/12/1946, ngay sau đêm quân dân thủ đô Hà Nội nổ súng tấn công giặc Pháp trở lại xâm lược nước ta. Chùa Trầm nhỏ bé, nhưng từng 4 lần được vinh dự đón Bác về thăm.

Lễ hội chùa Trầm được tổ chức vào những ngày đầu năm. Người dân tới lễ chùa Trầm để cầu mưa thuận gió hòa, mùa màng bội thu, cầu cho cuộc sống an lành, thịnh vượng.