Chùa Đồng Quang nằm trong một đoạn ngõ hẹp sau khi bước qua dưới cổng tam quan của ngôi Đạo quán ở số 119 trên phố Tây Sơn, đối diện với gò Đống Đa. Đứng trên gác tam quan trước kia có thể nhìn thấy miếu Trung Liệt trên gò ở bên kia phố. Chùa, quán và miếu góp phần tạo thành quần thể di tích rộng lớn của trận Đống Đa oai hùng. Đáng tiếc rằng cả quán lẫn chùa nay đã bị các nhà dân xây sát đến mức không thể sát hơn. Năm 1990 chùa được xếp hạng Di tích Lịch sử Nghệ thuật Kiến trúc.

Chùa Đồng Quang xây từ giữa thế kỷ 19. Theo văn bia thì khu đất xây dựng chùa xưa là nơi giao chiến giữa quân Tây Sơn và quân địch Mãn Thanh. Thời Thiệu Trị, quan Tổng đốc Hà Nội là Đặng Hầu đã cho thu táng những thi hài chết trong trận Đống Đa ở đầu đường cuối ngòi thành 12 gò, lấy nhân công và tiền của hai trại Thịnh Quang và Nam Đồng để làm mộ điện tế lễ vong hồn những người tử trận.

Đến năm Tự Đức thứ 4 (1851), quan Kinh lược Nguyễn Văn Giai khi cho mở đường, mở chợ ở vùng này lại thấy có nhiều xương khô nên cho đắp thêm một gò mộ nữa (tức gò Đống Đa ngày nay). Ông kêu gọi các nhà hảo tâm góp tiền dựng thêm 5 gian nhà nữa để tế lễ. Đây chính là tiền thân của chùa Đồng Quang.

Thượng tọa Thích Bảo Nghiêm cho biết vào thời gian này Hà Nội bị vỡ đê, có mấy pho tượng Phật trôi dạt đến, mọi người cho rằng ứng với việc làm chùa mới, sau đó sư các chùa cúng thêm 6 pho tượng nữa, dân làng đặt tượng thờ và gọi là chùa Đồng Quang (chùa của hai trại Nam Đồng và Thịnh Quang). Những năm sau đó như 1886, 1915, 1956 và 1999, chùa tiếp tục được trùng tu, xây dựng để có quy mô như ngày nay.

Chùa có kiến trúc hình chữ Đinh (亭), bao gồm tiền đường và thượng điện. Trong khuôn viên chùa Đồng Quang còn có tự đàn, sau mở rộng xây thêm dần các nhà tả vu, hữu vu, nhà tổ và vườn tháp mộ bên cạnh thượng điện. Cả ba sân trước, giữa và sau đều lát gạch đỏ trên những diện tích khá nhỏ.

Cổng chính cũ nay đã mất, mặt trước chùa không còn gì ngoài các cột nghi môn bị tường bít xây áp chắn. Sân trước có nhiều cây nhỏ và tượng Quán thế âm Bồ tát. Nhà tiền đường rộng 5 gian, bờ nóc đắp hổ phù đội toà sen, có rồng chầu hai bên. Kiến trúc vì mái kiểu chồng rường, giá chiêng, hạ kẻ, phần trên của hai vì hồi theo kiểu kẻ chuyển. Nền chùa lát gạch vuông và được đắp khá cao so với mặt sân.

Thượng điện ba gian chạy dọc, vì kèo chồng rường, giá chiêng, xây bệ cao dần để bài trí tượng Phật. Chùa có 37 tượng Phật, sau này có thêm 14 tượng Mẫu và 4 tượng ở gian thờ vua Quang Trung. Ngoài ra có 7 cửa võng sơn son thếp vàng, 5 khám thờ, 14 bia đá và 2 quả chuông. Tất cả đều mới được trùng tu, kể cả vườn tháp mộ bên mé phải.

Phần lớn các cổ vật trong chùa Đồng Quang đều có niên đại muộn. Nghệ thuật trang trí thể hiện ở các cốn rường, kẻ, câu đầu theo các đề tài hổ phù, rồng lá, mây lá, vân mây, riềm mái có hoa giấy, mai lão, trúc lão. Hai cốn nách vì giữa chạm nổi rồng ẩn trong mây, thuộc phong cách nghệ thuật điêu khắc gỗ của thế kỷ 20.

Chùa Đồng Quang đã được Nhà nước xếp hạng Di tích Lịch sử Nghệ thuật Kiến trúc ngày 27/12/1990.