Theo thư tịch cổ của Chùa Khleang còn lưu giữ, ngôi chính điện đầu tiên  được xây dựng vào năm 1532 và không biết tồn tại đến bao lâu, còn ngôi chính điện hiện tại được xây dựng vào năm 1918, lúc đó có một số nghệ nhân từ Campuchia sang tham gia xây dựng.

Quần thể kiến trúc Chùa Khleang bao gồm: ngôi chính điện, sa la, nhà tăng, hội trường, nhà khách, lò thiêu, các tháp để tro cốt,... toàn bộ các công trình được bố trí hài hòa trong một khuôn viên rộng có trồng nhiều cây thốt nốt, với tổng diện tích 3.825 m2.

Trong hai cuộc kháng chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ, Chùa Khleang là nơi nuôi chứa, bảo vệ nhiều cán bộ cách mạng và tích cực tham gia nhiều hoạt động trong công tác chính trị, binh vận.

Ngôi chính điện là nơi tập hợp nhiều tác phẩm nghệ thuật tinh xảo, toàn bộ các cửa đều bằng gỗ, được chạm khắc công phu, các nhân vật tiên nữ phối hợp các loại hình kỷ hà, hoa lá... được bố cục gọn gàng, với những đường nét uyển chuyển. Bên trong có 12 cột tròn bằng gỗ quý, được sơn mài đen, vẽ hình rồng và hoa lá bằng nhũ vàng theo môtíp Trung Quốc. Ngoài ra, còn có tác phẩm của người Kinh trên bức cửa võng.

Chùa Khleang là một công trình kiến trúc có giá trị thẩm mỹ cao, mỗi hạng mục trong chính điện là một tác phẩm nghệ thuật độc đáo, sự tập hợp và sắp xếp hài hòa thể hiện sự giao thoa văn hóa giữa 3 dân tộc Kinh - Khmer - Hoa, trong quá trình cộng cư đã biết đoàn kết và học hỏi lẫn nhau để cùng phát triển./.