Theo tấm bia bi ký lưu tại chùa cho biết, chùa Tam Thai được khởi dựng năm 1630 vào thời đô thị cổ Hội An vừa được hình thành. Vào cuối thế kỷ 17, thiền sư Hưng Liên, từ Trung Quốc sang Đại Việt, đã trụ trì chùa Tam Thai. Ông là người đầu tiên đưa phái Thiền Tào Động vào Đàng Trong và đã lập đạo tràng tại chùa này.
Năm Minh Mạng thứ 6 (1825), nhà vua đã cho xây dựng lại chùa Tam Thai. Dưới triều Nguyễn, chùa Tam Thai được sắc chỉ là Quốc Tự. Những biến cố giao tranh binh hỏa trong nhiều thế kỷ đã làm thay đổi diện mạo cảnh quan và kiến trúc xưa của Tam Thai. Từ năm 1907 đến 1995, chùa đã trải qua nhiều lần trùng tu. Hiện nay, chùa còn lưu giữ tấm biển Tam Thai tự và tấm kim bài hình trái tim lửa khắc theo ngự bút của vua Minh Mạng, ngợi ca Phật pháp vô lượng từ bi phổ độ chúng sinh.
Từ chân ngọn Thủy Sơn, du khách theo đường tam cấp phía tây, đến quãng giữa có những trụ đá to là cửa ngoài của chùa Tam Thai. Bên trái đường, trên vách đá cao có khắc hai chữ Hán “Thủy Sơn”. Đến đây, du khách cảm thấy có sự thay đổi khác biệt về khí hậu. Những luồng gió mát thổi nhẹ làm tinh thần chúng ta trở nên sảng khoái, bỏ lại đằng sau bao mệt mỏi, nhọc nhằn. Trước mắt du khách không còn cảnh người, xe chen chúc, quán xá ồn ào… Tất cả mọi sự nhốn nháo của đời thường dường như khép lại, nhường chỗ cho cảnh trí thiêng liêng cổ kính của thế giới bồng lai tiên cảnh. Thật là: “Núi chen sắc đá pha màu gấm, chùa nức hơi hương khói lộng mây”. Kiến trúc chùa Tam Thai bao gồm: cổng tam quan, chùa chính, Hành Cung nhà thờ tổ và các công trình nghệ thuật khác.
Phía trước chùa là một khoảng sân rộng, có cây cao tỏa bóng mát khắp mặt sân. Cổng tam quan được làm theo kiểu lầu chuông lợp mái trông rất cổ kính. Bước vào cổng tam quan là sân trong, chính giữa sân thờ tượng Phật Di Lặc bằng sa thạch, vị Phật thứ năm trong hiền kiếp, hiện thân của ước nguyện thái bình. Hai bên sân là Hành Cung, nơi vua Minh Mạng cho xây dựng làm chỗ nghỉ ngơi mỗi khi đến vãng cảnh chùa (hiện nay chỉ còn cổng và bức tường gạch bao quanh).
Qua khoảng sân trong là chùa chính. Ngôi chùa được xây bằng gạch, mặt quay về hướng nam, hai tầng mái lợp ngói lưu ly, nóc trang trí lưỡng long chầu nguyệt, các cột đều trang trí rồng – phụng. Hai bên vách tiền đường tạc phù điêu Tả Phù và Hữu Bật, là hai vị thần canh giữ cửa chùa. Bên trong chánh điện thờ Phật A Di Đà Như Lai, Bồ tát Quan Thế Âm và Đức Đại Thế Chí. Du ngoạn Tam Thai là một hành trình tiếp nối chùa chiền và hang động. Cảnh trí thiên nhiên gợi tưởng cho tâm linh tín ngưỡng của con người, tạo dựng không gian thưởng ngoạn và cầu nguyện. Đến Tam Thai, du khách có thể vào thăm các động Hoa Nghiêm, Huyền Không và Linh Nham… Nơi đây còn có Vọng Giang Đài, là điểm có vị trí cao nhất tại ngọn Thủy Sơn.
Đứng ở Vọng Giang Đài du khách có thể buông tầm mắt nhìn bao quát cả một vùng đồng ruộng bao la bát ngát của xứ Quảng Đà, với những con sông Cổ Cò, sông Hàn, sông Cẩm Lệ quanh co tựa như một bức tranh thủy mặc sống động. Thật là “Đỉnh non buông mắt xa trông, nước trời man mác hồng mong một vùng”.
