Đình có tuổi đời trên 2 thế kỷ, xưa kia là ngôi đình chung của hai thôn Đông Thành và Đông Thành Thị. Tên gọi Đông Thành xuất phát từ vị trí các thôn này nằm ở phía Đông thành Hà Nội. Đến đời Minh Mạng (1820-1840), hai thôn sáp nhập thành làng Đông Thành.
Các công trình kiến trúc hiện nay của ngôi đình cổ được tập trung trong một không gian khép kín, bao gồm: Nghi môn, Tiền tế, Ống muống và Hậu cung, hợp thành hình chữ Công với tổng diện tích 460m2.
Khu nhà Tiền tế có ba gian, được bài trí tôn nghiêm, là nơi đặt bàn thờ Phật, các vị thần theo tín ngưỡng dân gian Việt Nam và các bậc tiền hiền.
Hậu cung là nơi thờ Huyền Thiên Trấn Vũ. Tượng của Ngài được tạc bằng gỗ cao 1,5m, ngang 0,8m, ngồi oai nghiêm trên ngai rồng, mắt mở to, đầu trần, chân đất, tóc xoã sau lưng.
Trong văn hóa phương Đông, Huyền Thiên Trấn Vũ là một trong bốn vị thần trấn giữ bốn phương (Đông - Tây - Nam - Bắc). Đây cũng là một trong bốn vị thần được lập đền thờ để trấn giữ bốn cửa ngõ thành Thăng Long khi xưa (Thăng Long tứ trấn).
Đình Đông Thành hiện là nơi lưu giữ nhiều di vật quý báu, trong đó có giá trị nổi bật là như 8 tấm bia đá thời Nguyễn ghi lại quá trình xây dựng, trùng tu và những người công đức; 9 đạo sắc phong sớm nhất là đạo sắc niên hiệu Thiệu Trị thứ nhất (1924).
Ngoài ra đình còn có nhiều di vật giá trị khác như hoành phi, câu đối, ngai, bài vị, nhang án, cửa võng sơn son thiếp vàng lộng lẫy, cùng nhiều đồ thờ cúng có từ thời nhà Nguyễn.
Trước sân đình có một cây đa cổ thụ với phần gốc và thân gân guốc, tán xòe rộng che mát cho mái đình.
Không chỉ gắn bó với lịch sử phố cổ Hà Nội, đình Đông Thành còn là một địa danh ghi dấu những ngày hào hùng của cuộc Kháng chiến toàn quốc mùa đông năm 1946.
Vào tháng 12/1946, quân dân Hà Nội đã sử dụng đình làm một trạm cứu thương của Liên khu I, góp phần làm nên chiến công 60 ngày đêm, mở đầu cho cuộc kháng chiến toàn quốc ở Thủ đô Hà Nội.
Đầu những năm 2000, sau hơn 200 năm tồn tại, đình Đông Thành xuống cấp nghiêm trọng. Phần lớn diện tích đình được sử dụng làm trụ sở một cơ quan và nơi sinh sống của 12 hộ dân.
Đến tháng 10/2011, chính quyền thành phố Hà Nội đã tiến hành giải phóng mặt bằng để trùng tu tôn tạo và khôi phục các hạng mục của ngôi đình 200 tuổi.
Trong quá trình trùng tu, kiến trúc gốc mang tính truyền thống của đình được giữ gần như nguyên vẹn nhằm phát huy bản sắc văn hóa, cũng như đời sống tinh thần người dân phố cổ Hà Nội. Việc trùng tu hoàn thành vào năm 2014.
Sau khi được trùng tu, đình Đông Thành trở thành một địa điểm tâm linh thu hút nhiều người dân đến hành lễ, đồng thời là điểm tham quan hấp dẫn đối với du khách trong và ngoài nước.
Mỗi năm, đình có hai kỳ lễ chính vào các ngày mồng 2, 3, 4 tháng Ba và mồng 8, 9, 10 tháng Chín âm lịch, gọi là tế Xuân Thu nhị kì.
Vào năm 2014, đình Đông Thành đã được xếp hạng di tích lịch sử kiến trúc nghệ thuật cấp thành phố của Hà Nội.