Chùa Diệu Đế nằm bên đường Bạch Đằng, phía bờ Đông sông Đông Ba (phường Phú Xuân, TP Huế). Nguyên đây là phủ đệ của Phúc Quốc công (ông ngoại của vua Thiệu Trị) và cũng chính là nơi vua Thiệu Trị ra đời vào năm 1807. Sau khi lên ngôi, năm 1844, vua Thiệu Trị cho cải tạo phủ đệ này thành ngôi chùa để kỉ niệm nơi phát tích của mình và đặt tên là Diệu Đế.
Kể từ khi ra đời cho đến năm 1945, chùa Diệu Đế được triều Nguyễn xếp vào hàng quốc tự (cùng với các chùa Thiên Mụ và chùa Thánh Duyên). Vì thế các vị sư trụ trì của chùa đều do triều đình bổ nhiệm nên không có hệ truyền thừa như các chùa khác.
Chùa có khuôn viên rộng khoảng 2.500m2, xung quanh có tường thành bao bọc, bốn phía có trổ cửa ra vào. Cổng chính xây dạng tam quan lâu, nhìn ra phía sông Đông Ba, bên dưới có 3 cửa, bên trên có tầng lầu trong đó thờ Hộ pháp. Bên trong cổng, hai bên tả hữu có nhà chuông và nhà bia; chuông đúc và bia khắc từ thời vua Thiệu Trị (bài văn bia do chính vua ngự chế).
Qua khỏi cổng chính là khoảng sân rộng lát gạch Bát Tràng nối dài đến điện Đại Hùng. Sau điện Đại Hùng phía bên trái có nhà khách, phòng học; bên phải là nhà ở, nhà bếp và nhà kho. Trong điện Đại Hùng, ngoài thờ Phật còn thờ Quan Thánh, bài vị vua Thiệu Trị và các công chúa.
Đặc biệt, trên trần điện có bức tranh “Long vân khế hội” rất lớn, dài chừng hơn 11m, rộng khoảng 10m, vẽ 5 con rồng uốn lượn ẩn hiện trong các tầng mây. Tương truyền bức tranh do chính nghệ nhân cung đình Phan Văn Tánh, người vẽ bức họa nổi tiếng “Cửu long ẩn vân” trên trần cung Thiên Định ở Lăng Khải Định thể hiện.
Theo lời kể của các sư thầy trong chùa, tòa chánh điện của chùa Diệu Đế được hòa thượng Diệu Hoằng tái thiết, cùng với sự kêu gọi đóng góp của Đức Từ Cung ( thân mẫu vua Bảo Đại). Công trình được triển khai xuyên suốt từ năm 1953 và hoàn tất vào năm 1955. Đáng chú ý, bức "Long vân khế hội" cũng được vẽ trong giai đoạn này trước khi ngôi điện chính thức được khánh thành vào năm 1955. Bức “ Long vân khế hội” cũng được đánh giá là là xưa và lớn nhất Việt Nam, từng được Trung tâm sách Kỷ lục Việt Nam công nhận kỷ lục năm 2008.
Chùa Diệu Đế cũng trải qua nhiều thăng trầm theo những biến cố lịch sử. Sau biến cố thất thủ kinh đô năm 1885, kinh thành Huế bị quân Pháp đánh chiếm đốt phá tan hoang nên một số quan chức của triều đình tạm dời về chùa Diệu Đế để làm việc. Vì thế nhiều chỗ trong chùa được triều đình trưng dụng làm công đường, kho bạc, sở đúc tiền, phòng xem thiên văn dự đoán thời tiết, và thậm chí là cả nhà lao. Những năm sau đó chùa tiếp tục bị hư hỏng nặng đến nỗi nhiều dãy nhà phải bị triệt bỏ, phải đến năm 1910 chùa mới được tu bổ lại phần nào nhưng vẫn không bằng được như xưa. Năm 1930, chùa được dùng làm trụ sở của Hội Phật học An Nam hay còn gọi là Hội Phật học Trung Kỳ.
Mặc dù cơ sở không còn được như xưa nhưng chùa hiện vẫn còn lưu giữ được nhiều di vật cổ như các tượng Phật thế kỉ XIX, bức hoành phi đề 4 chữ Hán lớn “Diệu Đế quốc tự” có từ năm Thiệu Trị 4 (1844), bia đá và quả chuông đồng có khắc tên nhân vật Đặng Huy Trứ, ông tổ nghề nhiếp ảnh của Việt Nam.
Chùa Diệu Đế cũng từng trải qua nhiều lần trùng tu. Lần trùng tu lớn gần đây nhất là vào năm 2022 khi “thần đèn” Nguyễn Văn Cư di dời Đại Hùng Bảo Điện ra khỏi vị trí cũ khoảng 19 mét nhằm bảo tồn bức "Long vân khế hội".