Theo sử liệu, chùa Thiên Ấn ban đầu chỉ là một thảo am. Xưa kia, nơi đây hoang vu, không có người tới. Càng về sau, người dân đến chùa càng nhiều hơn. Ngôi thảo am được mở rộng thành Thiên Ấn tự quy mô, bề thế. Năm 1717, chúa Nguyễn Phúc Chu đã ban cho chùa biển ngạch “Sắc tứ Thiên Ấn tự”.

Chùa Thiên Ấn nằm trong khuôn viên rộng khoảng 1ha, xung quanh là rừng cây rậm rạp. Tam quan chùa được trang trí họa tiết cầu kỳ hình lưỡng long chầu nguyệt cùng cuốn thư và hệ thống câu đối ở hai bên cổng. Gác tam quan có tượng thần Hộ pháp. Bước qua tam quan là khoảng sân rộng, nơi có hai dãy tượng La Hán ở hai bên và hệ thống tượng Phật ở chính giữa sân. Ngăn cách phần sân ngoài và khu chùa chính là hai cổng được đắp nổi nhiều họa tiết. Kiến trúc của chùa chính không quá đặc sắc, ngoại trừ nhà phương trượng (phòng của vị trụ trì) được dựng từ khung gỗ của một ngôi đình làng cổ. 

Tại sân chùa có một giếng cổ với cổng vào, các cột trụ, tường bao, thềm và thành giếng đều được xây bằng đá ong, người dân ở đây quen gọi là giếng Phật. Suốt hơn 3 thế kỷ, nước giếng chưa bao giờ cạn. Gắn với truyền thuyết về giếng Phật là chuông Thần được thỉnh từ làng đúc đồng Chú Tượng (xã Đức Hiệp, huyện Mộ Đức) năm 1845. Mỗi lần thỉnh, tiếng chuông ngân vang khắp vùng. 

Nằm ở phía đông chùa là khu Viên mộ gồm những ngôi bửu tháp cao từ 5 - 9 tầng. Đây là nơi an táng các vị thiền sư trụ trì chùa qua các thời kỳ. Ngoài ra, trong khuôn viên chùa còn có cây đa cổ thụ. Dưới tán cây là pho tượng đức Thích Ca Mâu Ni tọa thiền trên đài sen được đúc bằng đồng nguyên khối, cao hơn 3m. 

Chùa Thiên Ấn đóng vai trò quan trọng trong đời sống văn hóa tín ngưỡng của người Quảng Ngãi. Năm 1990, chùa được xếp hạng là Di tích lịch sử - văn hóa quốc gia. Ngày nay, du khách tới thăm chùa Thiên Ấn không quên viếng mộ nhà chí sĩ yêu nước Huỳnh Thúc Kháng (1876 - 1947) nằm ở phía tây nam của chùa.