Theo tấm bia “Thiên Phúc tự bi” duy nhất trong chùa, có niên đại Khải Định thứ 7 (1922), chùa Thiên Phúc được khởi dựng vào thời kỳ cuối Lê, đầu Nguyễn. Nội dung của tấm bia cho biết: Bà góa Bùi Thị Bốn (hiệu Diệu Tín) nói rằng, xưa kia, nơi đây là ngôi điện thờ được chồng bà là Ae-mi-xăng (người Pháp) bỏ tiền tu bổ. Nay bà xuất tiền nhà mở rộng cảnh chùa. Từ đó, người dân gọi nơi đây là chùa Tây Cú. Nhiều người cho rằng cái tên này xuất phát từ việc bà Bùi Thị Bốn có khuôn mặt không được dễ coi hoặc do bà lấy một “ông Tây”.
Chùa Thiên Phúc là nơi thờ Phật và Mẫu. Các hạng mục công trình trong chùa hội tụ những nét đặc trưng của kiến trúc truyền thống với phong cách nghệ thuật cuối thời Nguyễn. Cổng chùa nằm dọc theo mặt phố Hai Bà Trưng, là một ngũ môn quan đồ sộ với 3 lầu kiểu ba tầng tám mái và 2 ngọn tháp lớn hai bên; trong đó, 3 cửa được xây kiểu cuốn vòm, trên có đắp hình lưỡng long chầu nhật và cuốn thư được ghép bằng những mảnh gốm sứ nhiều màu, trên đề ba chữ Hán: “Thiên Phúc tự”. Trên gác treo chuông, chiêng, trống.
Mặt bằng chùa gồm 3 tòa nhà hai tầng, được bố trí theo hình chữ “môn”. Qua cổng chính là sân gạch với hòn non bộ và các tháp nhỏ dẫn lên tòa tam bảo. Phật đường nằm giữa với tổ đường ở bên tả, bên hữu là điện thờ Đức thánh Trần Hưng Đạo, công chúa Liễu Hạnh cùng động Sơn Trang thờ mẫu Nhạc - người cai quản 36 cửa rừng theo tín ngưỡng dân gian.
Công trình đáng chú ý nhất trong chùa Thiên Phúc là Phật điện được trang hoàng lộng lẫy với bức cửa võng chạm thủng hình lưỡng long chầu nhật, hai bên là cột chạm rồng và Long mã Hà đồ, Thần quy Lạc thư - những hình tượng gắn với thuyết âm dương ngũ hành phổ biến trong kiến trúc cổ. Trên bệ thờ là các pho tượng Phật được xếp thành 4 lớp, kích thước vừa phải, được tạo tác bằng gỗ, đất luyện và được sơn son thếp vàng.
Ngày nay, trong chùa Thiên Phúc vẫn giữ được nhiều cổ vật có giá trị nghệ thuật cao, tiêu biểu là các pho tượng phản ánh nghệ thuật điêu khắc dân gian nổi tiếng của thế kỷ XVIII - XIX. Chùa đã được xếp hạng Di tích lịch sử, kiến trúc nghệ thuật cấp quốc gia năm 1988.