Nằm trên một khu đất cao, rộng, nhìn ra đê sông Hồng, với diện tích 129.824.0m2, đền gồm các hạng mục: cổng đền, nhà khách, nghi môn ngoại, nghi môn nội, gác trống, gác chuông, nhà tả - hữu mạc, đền thờ Hai Bà Trưng, đền thờ thân phụ - thân mẫu Hai Bà, đền thờ thân phụ, thân mẫu ông Thi Sách, đền thờ các nữ tướng triều Hai Bà Trưng, đền thờ các nam tướng triều Hai Bà Trưng, nhà bia lưu niệm Hộp thư bí mật của đồng chí Trường Chinh, hồ bán nguyệt, hồ mắt voi, suối vòi voi, hồ tắm voi, thành cổ Mê Linh...

- Cổng đền: được xây 2 tầng, tầng dưới tạo 3 cửa vòm cuốn, tầng trên xây kiểu chồng diêm, với 2 tầng 8 mái. Bờ nóc đắp hình đôi rồng chầu mặt trời, phần cổ diêm trang trí hình hoa 4 cánh, các góc đao đắp hình lá hỏa, góc cột đắp hình hoa cúc dây, thân cột hình hoa lá.

- Nhà khách: gồm 7 gian, xây kiểu tường hồi bít đốc.

- Nghi môn ngoại: xây kiểu cột đồng trụ hay còn gọi là tứ trụ. Đỉnh trụ trang trí tứ phượng theo kiểu lá lật, các ô lồng đèn phía dưới trang trí tứ linh. Hệ thống tứ trụ phân cách thành một cổng chính và hai cổng phụ.

- Nghi môn nội: gồm một gian, hai dĩ, với bờ nóc, bờ dải đắp hình hoa chanh, hai bên đầu hồi đắp hai đầu rồng, phần khúc nguỷnh đắp hai con nghê gắn sứ trong tư thế chầu vào nhau, bốn góc đao uốn cong, bộ vì đỡ mái làm kiểu “thượng chồng rường, hạ kẻ chuyền”.

- Gác chuông, gác trống: gác trống - gác chiêng đều được làm theo kiểu bốn mái uốn cong, bờ dải đắp hình hoa chanh, hai bên đầu hồi đắp hình hổ phù, tầng trên mở bốn cánh cửa quay về bốn hướng...

- Đền thờ Hai Bà Trưng:

+ Tòa tiền tế gồm 7 gian, 2 dĩ, xây theo kiểu tường hồi bít đốc, bờ nóc đắp kiểu bờ đinh, hai đầu đắp hình con đấu, đầu hai bờ dải đắp hình phượng vũ. Phía trước tiền tế có đôi voi đá trong tư thế quỳ chầu vào nhau. Hai cổng nhỏ với mái làm theo kiểu “chồng diêm”, mái uốn cong. Nối hai cổng nhỏ là hai bức “cánh phong”, phía trước có cột trụ biểu, đỉnh trụ hình trái giành, các ô lồng đèn đắp nổi tứ linh.

+ Nhà trung tế gồm 5 gian, 2 dĩ, xây kiểu tường hồi bít đốc, bờ nóc đắp hình hoa chanh, chính giữa đắp hổ phù, hai mái kiểu chồng diêm… phía trước trung tế có lư hương đá...

+ Nối với gian giữa trung tế là hậu cung - một nếp nhà ba gian, một dĩ, được xây dọc, hợp với trung tế tạo thành một kiến trúc tổng thể dạng chữ Đinh. Bộ khung đỡ mái hậu cung gồm bốn bộ vì mang kết cấu “thượng giá chiêng hạ chồng rường, và “thượng giá chiêng hạ cốn”. Các hàng cột có đường kính 35cm, trên cốn nách chạm hình chữ Thọ, hoa lá.

- Đền thờ thân phụ, thân mẫu Hai Bà Trưng: có mặt bằng dạng chữ Đinh, gồm tiền tế và hậu cung. Tiền tế gồm nhà 5 gian, xây theo kiểu tường hồi bít đốc, bờ nóc đắp lưỡng long chầu nguyệt, bờ dải kiểu bờ đinh. Hậu cung gồm 1 gian, 2 dĩ.

- Đền thờ thân phụ, thân mẫu ông Thi Sách: tọa lạc về phía bên trái đền thờ Hai Bà Trưng. Đền quay hướng Tây Nam, có mặt bằng kiến trúc dạng chữ Đinh, gồm tiền tế và hậu cung.

- Đền thờ các Nữ tướng thời Hai Bà Trưng: có mặt bằng dạng chữ nhất, gồm 5 gian, xây kiểu tường hồi bít đốc. Hai gian bên trổ cửa hình chữ Thọ để lấy ánh sáng cho di tích. Hệ khung đỡ mái gồm 6 bộ vì được kết cấu theo dạng “thượng giá chiêng, trung kẻ truyền, hạ bẩy hiên, hậu gối tường”. Chính giữa ban thờ xây bệ cao bài trí ngai và bài vị, phía trước bài trí hương án.

- Đền thờ các tướng Nam thời Hai Bà Trưng: quay hướng Đông Bắc, có mặt bằng kiến trúc dạng chữ Nhất, gồm 5 gian, tường hồi bít đốc, với 6 bộ vì được kết cấu theo dạng “thượng giá chiêng, trung kẻ truyền, hạ bẩy hiên, hậu gối tường”. Chính giữa ban thờ xây bệ cao bài trí khám thờ và bài vị.

- Nhà tả/ hữu mạc: là nếp nhà 7 gian, xây kiểu tường hồi bít đốc, bờ nóc, bờ dải đắp hình hoa chanh, hệ vì đỡ mái được kết cấu theo dạng “thượng giá chiêng chồng rường, trung kẻ, hạ bẩy”. Phía trước hiên dãy nhà bên phải đền bài trí 8 con voi, ngựa, sư tử, bên trong trưng bày một số di vật khai quật tại thành cổ Mê Linh.

- Thành cổ Mê Linh: hiện vẫn còn dấu vết thành cổ đắp đất, hình “con rắn uốn mình”, dài 1.750m, với chỗ rộng nhất là 500m, chỗ hẹp nhất là 200m, đắp bằng đất luyện, dày khoảng 1 ngũ (khoảng 2m), cao 1 trượng (khoảng 4m). Bao ngoài bờ thành là quách dày 2 ngũ (khoảng 4m), cao 1 trượng (khoảng 4m). Khoảng cách giữa thành và quách là đường “thông cù” rộng 2 ngũ (khoảng 4m). Do có con đường “thông cù” này mà thành có tên là “thành Ống”. Vòng ngoài cùng là hào cắm chông tre. Tương truyền, xưa kia trong thành có cung điện của Trưng Vương, ngoài thành có các trại quân bộ, quân thủy. Hiện nay còn di tích các đồn quân của nữ tướng Lự Nương và nam tướng Bạch Trạch ở phía trước đền Hạ Lôi, thuộc xã Tráng Việt. Đây chính là đất Phấn Lộ, huyện Chu Diên, nơi Hai Bà Trưng cho đắp đô thành. Thành cổ đã được khai quật khảo cổ và thu được nhiều hiện vật có giá trị.

- Nhà bia lưu niệm Hộp thư bí mật của đồng chí Trường Chinh: được xây kiểu bốn mái, các góc mái uốn cong, chính giữa gắn tấm bia lưu niệm có nội dung: ‘‘Nơi đây có cây lụa già thân rỗng là hộp thư bí mật của đồng chí Trường Chinh - Tổng Bí thư Đảng Cộng sản Việt Nam những năm 1943 - 1945, đồng chí Trường Chinh đã lấy đền thờ Hai Bà Trưng là một trong những nơi hội họp bí mật để chuẩn bị cho tổng khởi nghĩa giành chính quyền Thủ đô Hà Nội ngày 19/8/1945’’.

- Mắt voi, vòi voi, hồ tắm voi, hồ bán nguyệt: Tương truyền khu đền này được xây trên mảnh đất có thế (hình) đầu con voi nên có các tên gọi trên. Khu vực này hiện nay được kè đá, gạch, xung quanh trang trí hoa sen bằng đá xanh tạo cảnh quan cho khu di tích.

Đền Hai Bà Trưng còn là nơi lưu giữ nhiều di vật quý, đa dạng, phong phú về cả chủng loại và chất liệu như: gỗ, đá, đồng, sứ, giấy,… trong đó di vật gỗ chiếm đa số. Các di vật có niên đại tập trung vào triều Nguyễn như hoành phi,  hương án, đại tự, câu đối, khám, kiệu, tượng thờ…được chạm khắc công phu, tinh xảo, với các đề tài trang trí: rồng mây, hoa lá, văn triện, hổ phù… Đây là những tác phẩm nghệ thuật thể hiện bàn tay tài hoa, khéo léo và tinh tế của ông cha ta trong nghệ thuật tạo tác, phản ánh nhiều mặt của đời sống xã hội và những ước vọng về cuộc sống tốt đẹp hơn.

Đền Hai Bà Trưng là nơi sinh hoạt văn hóa, tâm linh của nhân dân địa phương, qua đó những giá trị văn hóa phi vật thể đã được kết tinh và biểu hiện ở lễ hội và các trò diễn dân gian. Lễ hội đền Hai Bà Trưng được tổ chức hang năm, từ ngày 4 đến ngày mồng 10 tháng Giêng (Âm lịch). Trong đó, chính hội là ngày mồng 6, tương truyền, đây là ngày Hai Bà Trưng mở tiệc khao quân, cho nên sau này dân làng mở hội để kỷ niệm sự kiện đó, nhằm ôn lại truyền thống hào hung của các bậc tiền nhân trong buổi đầu dựng nước và giữ nước. Cứ năm năm một lần, nhân dân trong làng lại tổ chức rước kiệu Hai Bà Trưng, kiệu Thành hoàng làng Hạ Lôi.

Di tích Hai Bà Trưng chứa đựng những giá trị đặc biệt về lịch sử, văn hóa, khoa học, nghệ thuật, kiến trúc,.... Đây là nơi gắn bó mật thiết với đời sống cộng đồng trong sinh hoạt văn hóa, tín ngưỡng, thể hiện đạo lý uống nước nhớ nguồn, tự hào dân tộc, sự cố kết cộng đồng… của cư dân Hạ Lôi. Di tích đã được Thủ tướng Chính phủ đã quyết định xếp hạng di tích quốc gia đặc biệt