Khu am thờ là một kiến trúc gồm 2 phần chính. Tiền tế là một ngôi nhà được xây dựng bằng gỗ 3 gian, tường hồi bít đốc, mái lợp ngói ta. Các bộ vì được làm theo kiểu “thượng giá chiêng, hạ chồng rường, kẻ bẩy”. Tất cả các cấu kiện đều không có chạm khắc hoa văn gì mà chỉ bào soi. Kiến trúc này có niên đại muộn (cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX). Trên thượng lương có dòng chữ Hán ghi rõ niên đại tu bổ: Việt Nam dân chủ cộng hoà, tuế thứ Quý Sửu (1973). Hậu cung là 1 toà nhà xoay dọc, kết cấu chịu lực chính là các bức tường xây bao 3 mặt chỉ để 2 cửa bên thông với tiền tế.

Tại tiền tế 2 bên trụ đầu hồi nhà có đắp ngoã đôi câu đối: Trung tín nhất tâm chiêu nhật nguyệt; linh quang vạn cổ đẳng càn khôn (tạm dịch: một lòng trung tín tựa trăng sao; anh linh sáng sủa mãi mãi như trời đất). Tại gian giữa có ban thờ gọi là “hương án tiền”, phía trên có bức cuốn thư đề 4 chữ Hán: Tốn cung diên tuý (cung thờ người con gái ) và có 4 đôi câu đối ở khu vực này nói về lòng trung tín của công chúa Mỵ Châu. Đôi câu đối tại cột cái cạnh hương án: trung tín thệ tâm thân hoá thạch; hưng vong sái lệ vọng trầm châu (lòng trung tín trong tâm đã thề nên thân hoá đá; dòng nước mắt khóc về sự thịnh suy kết thành châu ngọc dưới giếng sâu). Bên cạnh đó một đôi câu đối khác: Phái diễn ngàn hoàng trịnh liệt cao huyền thiên cổ kính; ba trừng ngọc tỉnh hiển linh quang bạch nhất sinh tâm (dòng dõi của nàng là con Lạc cháu Hồng, tấm lòng trinh liệt được nêu gương từ xa đến nay; giếng ngọc toả ánh sáng thiêng liêng tỏ rõ tấm lòng thành).

Đi tiếp vào phía trong, trước hậu cung có ban thờ “thập nhị cô” - những người hầu cận của công chúa. Có đôi câu đối trên trụ 2 bên ban thờ: Thiên tải thượng thị gia phi thuỳ năng biệt chi quy chảo nỗ cơ truyền ngoại sử; ngũ luân chung phụ giữ phu quả thục dân giã bạng khai tỉnh thuỷ đội thâm tình (ngàn năm đã qua cái đúng cái sai ai có thể biện minh được, cái móng rùa làm nẫy nỏ thần thì cũng chỉ là truyền thuyết; trong ngũ luân, cha và chồng ai là người thân hơn chỉ có ngọc trai và nước giếng ngọc mới chứng tỏ được thôi).

Hậu cung là nơi có đặt ban thờ bà chúa Mỵ Châu. Trên có đặt ngai thờ. Gian trong cùng là nơi đặt tượng đá. Đây chính là “tượng đá Mỵ Châu” đã được kể trong truyền thuyết. Có thể kể thêm rằng: nơi mà Mỵ Châu bị vua cha chém đầu là đèo Mộ Dạ thuộc tỉnh Nghệ An ngày nay nhưng theo câu truyện truyền thuyết thì tượng hoá đá trôi về tận chân thành Ngoại. Tại Nghệ An hiện nay cũng có đền thờ An Dương Vương, cạnh đó là am thờ Mỵ Châu. Địa điểm đó gọi là Núi Cuông, nay đền ở trên đỉnh núi, còn được gọi là đền Cuông.