Đình làm theo hướng nam, bố cục mặt bằng kiểu chữ "nhị" gồm năm gian đại đình phía trước và năm gian hậu cung ở phía sau.
Đình Đỗ Xá vẫn bảo lưu được kết cấu kiến trúc cổ. Ở đình có các đầu dư gỗ trang trí vân mây, hoa lá, lá cúc, hoa dây, hình đầu rồng; trên các bộ vì trang trí hình chiện, cánh sen, mây nước. Hậu cung đình trang trí các vật linh được miêu tả hình tượng phượng chầu, long hỏa. Ở gian chính giữa tại vị trí trang trọng nhất là ban thờ đức Thánh, trên đặt long ngai, bài vị của Thành hoàng làng cùng các đồ thờ tự.
Qua quá trình tồn tại đến nay, đình Đỗ Xá còn lưu giữ được một số lượng di vật có giá trị tiêu biểu, đáng chú ý là 10 đạo sắc phong bằng chữ Hán của các triều đại nhà vua phong cho thần, bao gồm các đạo sắc: Sắc có niên hiệu Vĩnh Thịnh thứ 7 (1711); Niên hiệu Vĩnh Khánh thứ 2 (1730); Cảnh Hưng thứ 4 (1743); Cảnh Thịnh thứ 4 (1796); Minh Mệnh thứ 2 (1821); Niên hiệu Thiệu Trị thứ 4 (1844); Niên hiệu Tự Đức thứ 3 (1850); Niên hiệu Đồng Khánh thứ 2 (1887); niên hiệu Khải Định thứ 9 (1924). Tất cả các sắc phong trải dài qua các thời Lê - Nguyễn phong cho vị Thành hoàng làng Đông Hải Đại Vương là Thượng đẳng thần - vị thần đã có công giúp nước an dân rất linh ứng, đều được các triều đại ban cấp tặng sắc phong cho phép thôn Đỗ Xá phụng thờ.
Cùng với sắc phong là hệ thống văn bia đá đã được nhân dân làng Đỗ Xá xưa tạo tác một cách khéo léo, công phu đã nâng nghệ thuật tạo tác đá ở đây lên đến đỉnh cao. Với 7 tấm bia đá, trong số đó phải kể đến tấm bia "Báo đức chi bi" được dựng vào tháng 3 niên hiệu Chính Hòa thứ 25 (1704) và tấm bia "Ký kỵ thạch bi" dựng vào năm Ất Mùi niên hiệu Cảnh Hưng thứ 36 (1775); bia hai mặt làm vào tháng 4 năm Ất Mùi đời vua Cảnh Hưng thứ 36 (1775)…
Hằng năm, nhân dân Đỗ Xá lại mở hội vào các ngày 11, 12 và 13 tháng 3 âm lịch để tưởng nhớ công lao to lớn của Thành hoàng làng, người luôn phù trợ cho cuộc sống của nhân dân.
Đình Đỗ Xá được UBND thành phố Hà Nội công nhận là di tích lịch sử kiến trúc nghệ thuật theo Quyết định số 1035/QĐ-UBND ngày 19/3/2007.