Chùa được xây dựng vào khoảng thế kỷ XIV, trải qua nhiều thế kỷ, chỉ còn lại một số tích xưa như hai cây Lộc Vừng có hàng trăm năm tuổi, giếng chùa, nền chùa. Năm 2005 chùa Song Ngư được phục hồi, tôn tạo trên nền cũ
Kiến trúc chùa Song ngư gồm các hạng mục: Bến chùa, đường, vườn, nhà khách, tam quan, sân, nhà tả vu, hữu vu và hai tòa chính là Bái đường, Thượng điện. Như vậy chùa Song Ngư 4 tòa đều được làm theo phong cách triến trúc cổ truyền, bộ khung bằng gỗ, mái ngói âm dương, nền lát gạch đất nung với diện tích 11.665m2.
Chùa Song Ngư là vị trí tâm linh quan trọng đối với ngư dân vùng biển Đan Nhai (Cửa Lò). Trước đây các tàu buôn nước ngoài và ngư dân đi qua vùng đảo này thường dừng lại lên chùa để cầu mong chuyến đi được an toàn, may mắn… người dân nơi đây sống chủ yếu bằng nghề buôn bán và đánh bắt hải sản, nhiều khi bất lực trước thiên tai, mỗi lần ra biển, họ đều lên chùa để cầu thần, phật phù hộ đánh bắt nhiều hải sản, thoát khỏi mọi tai biến trong cuộc sống. Cũng như nhiều ngôi chùa khác, chùa Song Ngư thờ Phật theo phái Đại thừa, ngoài ra còn phối thờ một vị thần triều Trần là sát hải Đại vương Hoàng Tá Thốn.
Trong chùa thờ phật Thích Ca Mâu Ni, người đầu tiên sáng lập ra đạo Phật, lấy đạo từ bi bác ái mà dạy người và dùng phương tiện mà cứu độ chúng sinh.
Hoàng Tá Thốn. sinh ra trong một gia đình làm nghề chài lưới ven biển ở Thôn Vạn Phần ( nay thuộc xã Diễn An huyện Diễn Châu ). Từ nhỏ ông nổi tiếng có sức khỏe hơn người, lớn lên giỏi võ nghệ và có tài bơi lội.
Năm 1258, giặc Nguyên Mông sang xâm lược nước ta, triều đình nhà Trần kêu gọi nhân dân cùng nhau đứng lên diệt giặc, cứu nước. Hưởng ứng lời kêu gọi của triều đình Hoàng Tá Thốn lên đường tham gia diệt giặc. Ông được tuyển vào đội thủy quân. Vốn thông minh, dũng cảm, nhiều mưu trí, lại có tài bơi lội, ông đã lập được nhiều chiến công trong các trận chiến. Vì vậy, ông được Trần Quốc Tuấn tin dùng cho làm nội thư gia. Hoàng Tá Thốn cùng các chiến hữu của mình đánh nhiều trận trên sông, làm cho quân giặc gặp nhiều khốn đốn. Đặc biệt trận thủy chiến trên sông Bạch Đằng ( năm 1288 ), ông đã lập nhiều công lớn. Hoàng Tá Thốn đã dùng mưu đục chìm thuyền địch. Tướng giặc Ô Mã Nhi và hàng vạn quân giặc bị chết chìm dưới biển, vua Trần phong cho ông là “ Sát hải chàng lai Đại tướng quân ’’.
Sau khi đất nước bình an, Hoàng Tá Thốn được triều đình giao thống lĩnh đạo thủy binh, coi giữ 12 cửa biển từ Hải Phòng đến Hà Tĩnh, trong đó có cửa biển Đan Nhai (Cửa Lò). Tại đây ông tổ chức xây dựng nhiều căn cứ biển, truyền dạy được nhiều binh sỹ trở thành người thiện chiến trên sông nước và đã chỉ huy tiêu diệt được nhiều toán giặc biển. Trong một chuyến đi tuần thú vùng biển ở Thanh Hóa, không may ông bị bệnh đột ngột và từ trần vào ngày mồng một tết Nguyên đán. Được tin, vua Trần cho thuyền rồng chở thi hài ông về an táng nơi quê nhà và cho lập đền thờ, ban tặng ông “ Sát hải Đại tướng quân, Thiên Bồng Nguyên Soái chi thần”.
Nhớ tới công lao to lớn của ông, nhân dân nhiều nơi lập đền thờ phụng, đặc biệt cư dân vùng biển đều lập đền thờ, “ Sát hải Đại vương Hoàng Tá Thốn” được nhân dân tôn ông là vị thần sông nước.
