Theo sư thầy Thích Chí Trung, Trụ trì chùa Thanh Mai, ngôi chùa là nơi gắn liền với cuộc đời và sự nghiệp của Đệ nhị tổ Thiền phái Trúc Lâm Pháp Loa tôn giả. Năm 1329, Pháp Loa đã tiến hành mở rộng sơn cảnh Thanh Mai. Theo văn bia tại di tích, chùa Thanh Mai được xây dựng trên núi Phật Tích, nay gọi là núi Tam Ban. Chùa được xây dựng trên sườn núi, chính giữa vòng cung, ôm lấy long mạch, bên một con suối nhỏ, hướng về phương nam.
Chếch về phía tây bắc là dãy Báo Đức, như bức tường thành che chắn, bảo vệ ngôi chùa. Trên núi Báo Đức vẫn còn di tích ngôi mộ cụ Nguyễn Phi Khanh, thân sinh vị Anh hùng dân tộc Nguyễn Trãi.
Theo ông Hoàng Văn Dũng, Trưởng ban Quản lý di tích thành phố Chí Linh: Khởi thủy, Thanh Mai thiền tự đã có quy mô khá lớn, thuộc dạng bố cục kiến trúc "Nội công ngoại quốc", bao gồm: Tòa Tam quan với những cột lim cỡ hai người ôm; tòa Tam Bảo thờ tượng Như Lai cùng chư Phật; nhà Tổ cấu trúc như một cung điện, hai bên tả-hữu là các gian giải vũ thờ 18 vị La Hán. Xưa kia chùa có nhiều cổ vật quý như tượng Phật Thích Ca bằng đồng đen; tượng Pháp Loa bằng vàng ròng; tòa Cửu long đồng nặng 87 kg và nhiều đồ tế khí. Nhưng các cổ vật đó đã bị thất truyền cùng với sự đổ nát, hoang phế của ngôi chùa thời xa xưa.
Phía sau chùa là tháp Viên Thông, xây dựng từ năm 1334. Bên cạnh đó còn có bảy ngôi tháp, trong đó có Phổ Quang tháp xây dựng năm Chính Hòa 23 (1702), Linh Quang tháp xây dựng năm Chính Hòa 24 (1703).
Tại di tích còn lưu giữ bảy tấm bia từ thời Trần và thời Lê, ghi lại những dấu ấn văn hóa, lịch sử. Trong đó tấm bia "Thanh Mai Viên Thông tháp bi" được dựng năm 1362 có giá trị hơn cả và đã được công nhận là một Bảo vật quốc gia. Nội dung bia nói về thân thế và sự nghiệp của Đệ nhị tổ Thiền phái Trúc Lâm, về tình hình chính trị, tôn giáo và những hoạt động của Trúc Lâm Tam Tổ: Trần Nhân Tông, Pháp Loa và Huyền Quang.
Phía sau tháp Viên Thông là một cánh rừng với nhiều loại cây cảnh và cây ăn quả, trong đó có những cây thanh mai hoa trắng tinh khiết tượng trưng cho cốt cách của các bậc chân tu. Nổi bật hơn cả là một khoảnh rừng cây phong lá đỏ, là điểm nhấn về du lịch trải nghiệm và là điểm check-in lý tưởng cho du khách đến với Thanh Mai thiền tự.
Với những giá trị to lớn đã được minh chứng, năm 1992, chùa Thanh Mai được Nhà nước công nhận là Di tích lịch sử văn hóa cấp quốc gia và tiến hành trùng tu, tôn tạo thành công trình lớn có giá trị kiến trúc, mỹ thuật cao, mang đặc trưng của thiền phái Trúc Lâm.
Nhằm bảo tồn một di sản văn hóa, tạo một điểm tham quan du lịch hấp dẫn về văn hóa và cảnh quan tự nhiên, giữa năm 2021, Hội Khảo cổ học Việt Nam cùng Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch Hải Dương thực hiện chuyến nghiên cứu, khảo sát đã phát hiện ba khu vực di tích cách chùa Thanh Mai hiện nay theo hướng lên đỉnh dãy Yên Tử, được đặt tên lần lượt là Thanh Mai 2 (cách chùa Thanh Mai hiện nay 400m), Thanh Mai 3 (cách chùa Thanh Mai hiện nay 1.600m) và Thanh Mai 4 (trên đỉnh núi Tam Ban).
Tổ chức khai quật tại vị trí ngôi chùa Thanh Mai 2 đã phát hiện nền móng kiến trúc ngôi chùa cổ, với ba lớp kiến trúc của các thời Trần, thời Lê Trung Hưng, thời Nguyễn chồng xếp lên nhau. Cuộc khai quật cũng đã tìm thấy gần 1.000 di vật có niên đại từ thời Trần đến thời Nguyễn gồm: gạch, ngói, vật liệu trang trí, gốm men, gốm sành, minh chứng kỹ thuật, hình thái kiến trúc và diễn trình sinh hoạt tâm linh tại khu di tích.
Theo Tiến sĩ Phạm Văn Triệu (Viện Khảo cổ học Việt Nam): "Tổng thể các dấu tích kiến trúc ở địa điểm chùa Thanh Mai 2 được khai quật, ban đầu đã cung cấp nguồn tư liệu quan trọng mang tính xác thực cao, cho phép xác định rõ hơn giá trị tổng thể của khu di tích Côn Sơn-Kiếp Bạc-Thanh Mai và mang lại nhiều nhận thức mới, có giá trị rất lớn trong việc bổ sung tư liệu cho hồ sơ khoa học quần thể di tích và danh thắng Yên Tử (Quảng Ninh, Bắc Giang, Hải Dương) trình UNESCO công nhận là Di sản thế giới".
Các phát hiện mới, nhận thức mới về chùa Thanh Mai giúp các cấp, các ngành xác định rõ hơn giá trị tổng thể của khu di tích Côn Sơn-Kiếp Bạc-Thanh Mai để có phương án bảo tồn, phát huy nhằm mang lại những giá trị to lớn về lịch sử, văn hóa, kinh tế, xã hội cho cả cộng đồng.
