Đình Duyên Yên được xây dựng trên một khu đất cao ráo ngay trung tâm làng Duyên Yên, xã Ngọc Thanh. Mặt tiền đình hướng Tây Nam nhìn ra dòng sông Hồng. Đây là một thế đất “tụ thuỷ” có nghĩa là “tụ linh, tụ phúc”, hội tụ tất cả những điều may mắn. Người dân Duyên Yên xưa đã áp dụng chặt chẽ thuyết phong thuỷ trong việc xây dựng công trình tín ngưỡng truyền thống.
Đình thờ 04 vị Thành hoàng làng là: An Sinh Vương Trần Liễu, thân phụ của Hưng Đạo Đại Vương Trần Quốc Tuấn người anh hùng dân tộc văn võ song toàn, lập nhiều chiến công hiển hách trong ba lần kháng chiến chống quân Nguyên - Mông; Đức Thiên Bồng Phong Lôi Đại Vương, là người mạnh mẽ, vóc người cường tráng, võ nghệ cao cường được An Sinh vương Trần Liễu giao cho luyện tập đội dân binh; Đức Thiên Trung Quảng Tế Đại Vương- là người am hiểu về thời tiết, biết xem thiên văn vận dụng vào sản xuất giúp An Sinh Vương dạy dân cày cấy, phòng chống mưa bão lụt lội, hạn hán và Quốc Vương Đương Vực Đại Vương- là người nho nhã, tính tình hào hoa, khoan thai, đĩnh đạc, tôn trọng lễ nghi giúp An Sinh Vương dạy dân ấp học hành, hiểu về trung hiếu, tiết nghĩa,...
Đình được khởi dựng từ đời vua Lê Hiển Tông (1786), đến thời Nguyễn niên hiệu Thành Thái nguyên niên (1889), ngôi đình được di chuyển về vị trí hiện nay. Đến năm Khải Định thứ 10 (1925), đình tiếp tục được tu sửa, lần trùng tu gần đây nhất là năm 2007. Đình có kiến trúc kiểu chữ Nhị gồm 05 gian Đại bái và 03 gian Hậu cung với các hạng mục bề thế, đồ sộ và đồng bộ. Kiến trúc bên trong là một hệ thống liên kết của các cột bằng gỗ lim vững chắc tạo thành bộ khung chịu lực đỡ cho toàn bộ sức nặng của ngôi đình. Chính sự liên kết này đã tạo cho đình Duyên Yên một nét độc đáo riêng biệt so với những di tích khác cùng niên đại thế kỷXVIII. Phần chạm khắc mang đậm phong cách nghệ thuật điêu khắc thời Lê.
Đình hiện còn lưu giữ rất nhiều hiện vật bằng đá có giá trị như: phỗng, nghê, bát hương thời Lê, ngai thời Lê, bia đá, bát hương đồng thời Nguyễn.
Từ các giá trị trên, đình Duyên Yên được Bộ Văn hóa - Thông tin ban hành Quyết định số 78/2004/QĐ-BVHTT ngày 23/8/2004 xếp hạng là di tích “Kiến trúc nghệ thuật” cấp Quốc gia.