Phần tượng Phật cao 92 cm, rộng 72 cm, đường kính bệ sen 76 cm; được tạc bằng đá nguyên khối, sơn thếp vàng, ngồi trong tư thế thiền định, hai đầu gối khuỳnh rộng, thế ngồi hơi dướn mình ra phía trước.
Tượng có khuôn mặt và dáng hình nam giới, tóc xoắn ốc, giữa đỉnh đầu có một khối u nổi (nhục khấu), tai giống người thực, to nhưng không chảy.
Khuôn mặt hình trái xoan, mắt nhìn xuống, sống mũi thẳng, nhân trung lớn có hai vòng tròn ở hai bên, miệng mím nhẹ, cổ cao ba ngấn. Đầu và thân tượng ghép với nhau bằng mộng (có thể tháo rời).
Thân tượng thon, bụng mảnh dẹt, mặc pháp y với hai lớp áo mỏng bó xát người, xếp thành nhiều nếp. Thân tượng liền khối với cổ bệ.
Phần bệ tượng cao 108 cm. Đài sen dùng để đặt tượng hình tròn dẹt, mặt ngoài tạo 2 lớp cánh sen nổi ôm sát nhau. Lớp cánh trên to mập, cứ một cánh to xen một cánh nhỏ. Lớp dưới cánh dài nhỏ, bố trí so le với lớp trên.
Trên mặt các cánh sen chạm nổi hình một đôi rồng chầu, thân hình mềm mại, đầu hướng lên trên, với các chi tiết hoa văn dày đặc được chạm đục tinh tế.
Trải qua thăng trầm của lịch sử, một số cấu kiện đá trên bệ tượng đã bị bào mòn, hư hỏng nhẹ.
Tuy vậy, đây vẫn là một trong hai pho tượng Phật thời Lý bằng đá còn nguyên vẹn nhất của Việt Nam, cùng thời với tượng Phật bằng đá ở chùa Phật Tích (tỉnh Bắc Ninh).
Ngày 30/12/2013, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 2599 công nhận Bảo vật Quốc gia cho tượng Phật A Di Đà chùa Ngô Xá.