Xưa kia, chùa là một khu vườn rất đẹp, nơi Hoàng tử Miên Tông, con vua Minh Mạng, đã ra đời vào năm 1807. Sau khi Miên Tông nối ngôi với niên hiệu Thiệu Trị, vào năm 1844 ông cho xây một ngôi chùa ở nơi mình sinh ra, đặt tên là Diệu Đế Tự và sắc phong làm Quốc tự.
Khi mới xây, chùa có kiến trúc rất khác so với bây giờ. Cảnh chùa lúc này rất huy hoàng tráng lệ, được coi là một danh lam của đất kinh kỳ. Tương truyền, chùa có một bảo tháp làm bằng ngà voi cao khoảng 1m đặt trước chính điện.
Trải qua các biến cố lịch sử như vụ kinh đô thất thủ năm 1882 và năm 1885, hầu hết các kiến trúc xưa của chùa Diệu Đế đều bị phá hủy, cảnh chùa tang thương đến nao lòng. Đây là số phận của rất nhiều ngôi chùa khi đất nước rơi vào tay giặc.
Đến năm 1910 thời vua Duy Tân, chùa đã được kiến thiết lại hoàn toàn. Năm 1950 chùa lại được đại trùng tu một lần nữa. Về cơ bản, diện mạo ngôi chùa hiện tại có từ hai đợt kiến thiết này.
Về tổng quan, chùa nằm trong một mảnh đất rộng vuông vức, được giới hạn bởi bốn con đường. Ngoài cùng là cổng tam quan hai tầng, phía trên có lầu Hộ Pháp.
Sau cổng tam quan là con đường lát gạch Bát Tràng thẳng tắp, hai bên rợp bóng cây xanh dẫn vào chính điện.
Chính điện chùa Diệu Đế mang đậm nét kiến trúc cung đình nhà Nguyễn, được trang trí khá công phu.
Họa tiết trang trí trên mái chính điện.
Bên trong chính điện thờ tượng Tam Thế Phật ở giữa, xung quanh là các tượng A-Nan, Ca-Diếp, Di Lặc, Chuẩn Đề Phật và một số vị Thánh, Phật khác. Sát vách bên trái còn có khám thờ vua Thiệu Trị và một vài công chúa, hoàng tử. Trần chính điện có bức tranh "Long Vân Khế Hội" xưa và lớn nhất Việt Nam.
Hai bên chính điện có hai nhà lôi gia đặt tượng Kim Cương, phía sau có hai nhà Tăng Xá và hai trù gia tức là hai nhà bếp.
Hai bên sân trước chùa còn có hai tòa nhà hình lục giác, là nhà bia và nhà để chuông.
Bia đá của chùa Diệu Đế.
Quả Đại hồng chung của chùa.
Trước kia chùa Diệu Đế có ba bến thuyền ở phía trước, mỗi bến thuyền có 10 bậc lên xuống. Nay chỉ còn bến thuyền phía trước tam quan.
Dù không còn giữ được vẻ huy hoàng của thời hoàng kim nhưng chùa Diệu Đế ngày nay vẫn là một trong những điểm tham quan vãn cảnh nổi bật của Cố đô Huế.
Một số hình ảnh khác về chùa Diệu Đế.