Chùa Diệu Đế nằm trên vùng đất vốn thuộc phủ Phúc Quốc công Hồ Văn Bôi, cha của bà Hồ Thị Hoa - Tá Thiên Nhân Hoàng hậu của vua Minh Mạng. Tại mảnh đất này, năm 1807, bà Hồ Thị Hoa đã sinh ra hoàng tử Nguyễn Phúc Miên Tông cho vua Minh Mạng. Hoàng tử Miên Tông đã lớn lên tại đây, sau đó trở thành vua Thiệu Trị (trị vì 1840 - 1847) - vị vua thứ 3 của triều Nguyễn.

Sau khi lên ngôi năm 1840, giữa năm 1844 vua Thiệu Trị cho xây dựng một ngôi chùa trong vương phủ thời thơ ấu mình ở để cầu phúc cho dân. Chùa mang tên Diệu Đế và được sắc phong là Quốc tự. Chùa tọa lạc trên khuôn viên rộng 2.500m2. Mặt trước chùa trổ 3 cửa, chính giữa là tam quan 2 tầng có cổ lâu, 3 mặt còn lại đều trổ một cửa. Công trình chính là điện Đại Giác 3 gian 2 chái, bên trái là Cát Tường Từ thất, bên phải là Trí Tuệ Tịnh xá. Trước điện là gác Đạo Nguyên 2 tầng 3 gian, hai bên gác có lầu chuông, lầu trống.

Năm 1885, kinh thành Huế thất thủ và bị quân Pháp chiếm đóng, chùa Diệu Đế bị trưng dụng làm trụ sở một số cơ quan của triều đình vua Đồng Khánh. Từ năm 1887 - 1910, nhiều công trình tại chùa Diệu Đế bị dỡ bỏ, chỉ còn chính điện Đại Giác, cổng tam quan, lầu chuông, lầu trống. Năm 1930, trong phong trào chấn hưng Phật giáo, chùa được dùng làm trụ sở của Hội Phật học An Nam. Đến năm 1950, chùa được trùng tu với sự hỗ trợ của bà Từ Cung (mẹ vua Bảo Đại) cùng các Phật tử. Điện Đại Giác được đổi thành điện Đại Hùng.

Chùa Diệu Đế hiện còn lưu giữ những bảo vật được coi là pháp khí như tấm hoành phi “Diệu Đế Quốc tự” với dòng lạc khoản ghi năm Thiệu Trị thứ 4 (1844); 2 quả đại hồng chung đúc năm Thiệu Trị thứ 6 (1846); tấm bia đá cao 1,9m, rộng 1,07m, nội dung nói về việc xây chùa, làm tượng… cùng 7 bài thơ của vua Thiệu Trị. Đặc biệt, tòa điện Đại Hùng được dựng lại bằng kết cấu bê tông cốt thép có trần phẳng, trên trần là bức tranh “Long vân khế hội” (rồng mây gặp gỡ) giàu giá trị nghệ thuật, do nghệ nhân Phan Văn Tánh thể hiện sinh động với màu sắc trang nhã phù hợp với hình ảnh chốn thiền môn.

Hiện nay, chùa Diệu Đế là chốn bình yên trong lòng phố, với khung cảnh lãng mạn và tĩnh lặng bên dòng sông, dưới bóng cây xanh; là chốn hành hương của nhiều Phật tử cũng như là điểm đến của khách du lịch.