Đền Bà Chúa Kho vốn được khởi dựng từ lâu đời và trước cửa đền có dòng chữ Hán “Chủ khố linh từ”, hai bên cổng đền có đôi câu đối “Càn long tốn thủy lưu thắng cảnh/ Liệt nữ cao sơn hiển linh từ”, dân gian gọi nôm là “Đền Bà Chúa Kho”; nhưng dấu tích kiến trúc xưa để lại là của thời Lê Trung Hưng. Ngôi đền cổ gồm nhiều công trình được xây dựng theo một trục dọc chạy từ chân núi Kho lên lưng chừng núi như: cổng Tam môn, Tiền tế, ba cung, hai bên là hai tòa Dải vũ và một số công trình phụ trợ khác.
Bắt đầu từ năm 1989, đền Bà Chúa Kho được Nhà nước xếp hạng và được nhân dân địa phương trùng tu tôn tạo, mở rộng với quy mô rất lớn. Hiện đền Bà Chúa Kho gồm nhiều hạng mục công trình kiến trúc như: Cổng Tam môn, Tiền tế, cung Đệ tam, cung Đệ nhị, cung Thượng (cung Bà Chúa), tòa Sơn Trang, Lầu Cô, Lầu Cậu, ban thờ “Cửu trùng thiên” và một số công trình phụ trợ khác. Phần lớn các hạng mục công trình được khôi phục, tôn tạo mang dáng vẻ truyền thống và làm tôn vinh giá trị của di tích.
Người được thờ ở đền Bà Chúa Kho là ai? Đây là một vấn đề lớn, đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Thư tịch sử sách cổ không thấy ghi chép, di sản văn hóa của di tích (thần tích, sắc phong, bia đá) phản ánh về người được thờ không bảo lưu được, nên chưa rõ lai lịch công trạng của người được thờ. Cổ vật tiêu biểu là pho tượng Bà Chúa Kho có niên đại khoảng cuối thời Lê Trung Hưng (thế kỷ XVIII). Tượng được tạo tác là một “Bà Chúa” có dáng hình đẹp, trong tư thế ngồi xếp bằng, đầu đội vương miện, khuôn mặt trái xoan, đôi mắt hiền từ thánh thiện, thân mình thanh thoát khoác áo với nhiều lớp mềm mỏng. Song căn cứ vào truyền thuyết địa phương thì đền thờ một “Bà Chúa” vợ của một vua Lý, có công trông coi kho lương của quân dân Đại Việt trong cuộc kháng chiến chống quân xâm lược Tống năm 1077. Mặt khác, đền Bà Chúa Kho là một trong những ngôi đền cổ nằm trong vùng đất cửa sông Ngũ Huyện Khê có đậm đặc các ngôi đền thờ “Mẫu”. Căn cứ vào tấm bia đá của đình Thượng Đồng có tên “Thượng đẳng tối linh”, niên đại “Bảo Đại 3” (1850) thì 72 trang ấp vùng ven sông Ngũ Huyện Khuê thờ “Bà chúa Quả Cảm” vợ của một vua Trần làm phúc thần. Quả vậy, một số ngôi đền của các làng xã ven cửa sông Ngũ Huyện Khê như: Quả Cảm, Xuân Viên, Đặng Xá, Thượng Đồng đều thờ “Vua Bà” tức “Bà Chúa Quả Cảm”. Đồng thời, căn cứ vào hiện tượng tín ngưỡng đang diễn ra tại đền Bà Chúa Kho, ngoài thờ “Bà Chúa Kho”, còn thờ “Tam tòa Thánh Mẫu”, thờ Cô, thờ Cậu, thờ Sơn Trang... thì đền Bà Chúa Kho từ lâu đã được phủ lên một lớp tín ngưỡng “thờ Mẫu”. Theo các nhà nghiên cứu thì tín ngưỡng thờ Mẫu vốn là tín ngưỡng của người Việt cổ có từ lâu đời và ngày càng phát triển. Như vậy, theo bề dày lịch sử, đền Bà Chúa Kho đã được phủ lên nhiều lớp tín ngưỡng.
Nhưng trong các hiện tượng tín ngưỡng trên thì khả năng đền Bà Chúa Kho ở Cổ Mễ thờ “Bà Chúa” người có công trong trông coi kho lương của quân dân nhà Lý là nhiều hơn. Bởi núi Kho và ngôi đền “Bà Chúa Kho” nằm trong phòng tuyến sông Như Nguyệt trong cuộc kháng chiến vĩ đại của quân dân Đại Việt chống quân xâm lược Tống năm 1077. Căn cứ theo sử sách và khảo sát thực địa có thể tóm tắt về phòng tuyến sông Như Nguyệt như sau:
Năm 1076, đứng trước âm mưu xâm lược của nhà Tống, Thái úy Lý Thường Kiệt đã thể hiện đường lối thiên tài về quân sự là “tiên chế nhân phát” nghĩa là ngồi đợi giặc không bằng đem quân đánh trước để làm suy yếu và lung lạc tinh thần của chúng. Ông đã thống lĩnh 10 vạn quân sang đất Tống đánh phá các căn cứ quân sự của chúng ở châu Ung, châu Khâm và châu Liêm, rồi chủ động rút quân về nước lập phòng tuyến bên bờ Nam sông Như Nguyệt để kháng chiến chống Tống.
Lý Thường Kiệt đã cho chọn bờ Nam sông Như Nguyệt để xây dựng phòng tuyến sông Như Nguyệt; bởi con sông này bắt nguồn từ Thái Nguyên chảy qua Bắc Giang, Bắc Ninh, xuống Phả Lại rồi đổ vào sông Lục Đầu; mọi con đường tiến công của quân Tống từ phía Bắc xuống đều phải vượt qua con sông này. Ông đã cho lập phòng tuyến sông Như Nguyệt để chặn giặc Tống chạy dài dọc con sông này; nhưng trọng điểm là những nơi có bến đò ngang và đường trảy kinh ngắn nhất về kinh đô Thăng Long, thuộc các xã: Tam Giang, Dũng Liệt, Tam Đa (Yên Phong), Hòa Long, Thị Cầu, Đáp Cầu (thành phố Bắc Ninh), Đại Xuân, Việt Thống (Quế Võ). Trong số những làng xã trên thì bến đò Như Nguyệt (Tam Giang) và bến đò Thị Cầu (thành phố Bắc Ninh) được xây dựng là hai cứ điểm quân sự quan trọng nhất vì có bến đò ngang và con đường giao thông huyết mạch ngắn nhất về Thăng Long. Đó là Như Nguyệt-Thăng Long chưa đầy 20km và Thị Cầu-Thăng Long chưa đầy 30km. Để phối hợp với hai cứ điểm quân sự quan trọng Như Nguyệt và Thị Cầu còn là hàng loạt các doanh trại, đồn sở của quân đội nhà Lý và các đội dân binh địa phương ở các làng xã nằm ven sông Như Nguyệt.
Núi Cổ Mễ (núi Kho) nằm gần với bến đò Thị Cầu, không những có các doanh trại quân đóng ở đó, mà còn có kho lương thực của quân đội nhà Lý để phục vụ cho phía Đông phòng tuyến. Bến sông Thị Cầu có một cụm doanh trại quân đội nhà Lý đóng ở núi Thị Cầu và các làng xã lân cận như Cổ Mễ, Vũ Ninh, Đại Xuân, Việt Thống. Về phía Phả Lại để chặn quân Tống từ Lục Đầu Giang ngược sông Cầu lên, cho đóng một căn cứ thủy quân ở Vạn Xuân do hai hoàng tử Hoằng Chân và Chiêu Văn chỉ huy khoảng 400 chiến thuyền và hai vạn quân thủy. Đồng thời kết hợp đánh chặn giặc Tống với phòng tuyến sông Như Nguyệt còn là các đội dân binh địa phương của hàng loạt các làng xã dọc bờ Nam sông Như Nguyệt và các lộ phía Bắc.
Nếu như chiến tuyến được xây dựng ở các làng xã sát sông Như Nguyệt thì đại bản doanh của quân đội nhà Lý gồm có Bộ chỉ huy, lực lượng quân chính quy và hậu cần lại được thiết lập ở xã Yên Phụ (Yên Phong). Dấu ấn của đại bản doanh quân đội nhà Lý còn để lại ở tên các địa danh như: Núi Đồn, núi Tuần Phiên, Cánh Dinh, Cổng Trại, Cầu Gạo, Điếm Trung Quân, Đường Bổ Quân, Bãi Tập Trận. Sở dĩ Lý Thường Kiệt chọn Yên Phụ làm nơi đóng Đại bản doanh của cả phòng tuyến, bởi dãy núi này nằm án ngữ trên con đường giao thông huyết mạch Như Nguyệt-Thăng Long, đồng thời chỉ cách bến đò Như Nguyệt chưa đầy 6km, rất thuận lợi cho việc chỉ huy chiến trận, cũng như bổ quân và vận chuyển lương thực, thực phẩm đến các trận địa quan trọng thuộc phòng tuyến. Cuối năm 1076, dưới sự lãnh đạo của Thái úy Lý Thường Kiệt, phòng tuyến sông Như Nguyệt được quân dân Đại Việt thiết lập xong và cả dân tộc trong tư thế chủ động đánh bại quân xâm lược Tống.
Như vậy, núi Kho và đền Bà Chúa Kho nằm trong địa bàn chiến lược quan trọng trong cuộc kháng chiến chống Tống, không những là một trọng điểm quân sự, mà còn là nơi cất giấu kho lương của quân đội nhà Lý. Và truyền thuyết của địa phương Cổ Mễ về bà Chúa Kho có công trông coi kho lương Nhà Lý và được thờ phụng làm Thần là có cơ sở.
Đền Bà Chúa Kho là một trong những di tích cổ kính thâm nghiêm gắn liền với hàng ngàn năm lịch sử và văn hiến của quê hương Kinh Bắc- Bắc Ninh. Theo bề dày lịch sử, tín ngưỡng đền Bà Chúa Kho ở Cổ Mễ đã có nhiều lớp văn hóa tín ngưỡng của nhiều thời đại. Song điều quan trọng hơn cả là từ lâu đời ngôi đền cổ này đã đi vào tâm linh tín ngưỡng dân gian vô cùng linh thiêng “sở cầu đắc cầu, sở nguyện đắc nguyện” và những năm gần đây là điểm nhấn tâm linh tín ngưỡng của nhân dân cả nước. Hàng năm, có tới hàng ngàn lượt khách của khắp các tỉnh thành trong nước hành hương tìm về đền Bà Chúa Kho để cầu phúc, cầu tài, cầu lộc, cầu con, cầu của, cầu bình an và sống hướng thiện.