Theo các tư liệu Hán văn hiện đang lưu giữ tại di tích thì đình được xây dựng từ lâu đời, khoảng cuối thế kỷ thứ XVIII và được tu sửa lớn vào niên hiệu Duy Tân thứ 4 (1910). Có thể xác định di tích được xây dựng từ thời Hậu Lê, trải qua nhiều lần trùng tu nhưng di tích vẫn mang đậm phong cách kiến trúc cổ truyền.
Ngôi đình có bố cục mặt bằng hình chữ Nhị, gồm tòa tiền đường với 5 gian 2 chái; hậu cung 3 gian 2 chái, chính diện đình quay hướng Nam. Tòa tiền đường được thiết kế kiểu 4 mái cong với bộ mái đồ sộ, cong đều 4 góc, kết hợp hài hòa với hệ thống bờ dải, bờ guột, kìm nóc, đầu đao tạo thành một hệ mái đặc trưng mang đậm phong cách kiến trúc thời Lê Trung Hưng. Mái tiền đường lợp ngói nam được dàn trải đều đặn. Bộ khung chịu lực gồm 6 bộ vì 5 gian giữa và 2 bộ vì góc gian trái, chiều dài các gian giữa bằng nhau. Tiếp giáp với tiền đường là tòa hậu cung với 3 gian 2 chái. Mái hậu cung thiết kế kiểu 4 mái cong với những đầu đao cong vút, mái lợp ngói nam đều đặn.
Trước sân đình
Trong thời kỳ chuẩn bị Tổng khởi nghĩa giành chính quyền, khi Đảng Cộng sản Việt nam ra đời và trong hai cuộc kháng chiến chống thực dân Pháp và đế quốc Mỹ, xã Nhân Nghĩa nói chung và thôn Nam Xá nói riêng là địa phương có truyền thống đấu tranh anh dũng, bất khuất, sẵn sàng hi sinh bảo vệ tổ quốc. Là công trình văn hóa tín ngưỡng, trung tâm sinh hoạt cộng đồng, đình Nam Xá trở thành địa điểm bí mật, an toàn để cán bộ Việt Minh, dân quân du kích luyện tập, hoạt động chỉ đạo kháng chiến, nơi diễn ra nhiều sự kiện quan trọng của địa phương.
Không gian kiến trúc bên trong đình
Cùng với các cơ sở hoạt động cách mạng khác trong xã của huyện Lý Nhân, thời kỳ chuẩn bị khởi nghĩa dành chính quyền, đình Nam Xá Thượng là nơi quy tụ lực lượng, quần chúng nhân dân, để tuyên truyền chính sách, đường lối, chiến lược của Đảng. Đồng thời tại đình còn là địa điểm hội họp, nơi đào hầm bí mật nuôi dấu cán bộ, cất dấu vũ khí chuẩn bị cho khởi nghĩa giành chính quyền tại xã, huyện.
Ngoài những giá trị về kiến trúc, điêu khắc, lịch sử thì đình Nam Xá Thượng còn lưu giữ được nhiều đồ thờ, hiện vật có giá trị như: Sắc phong, ngai, bài vị, sập đá, kiệu...Trên các đồ thờ hiện vật có nhiều nét chạm khắc đặc sắc như tứ quý hóa long, rồng, mây, hổ phù...
Không gian thờ tự
Hàng năm tại cụm di tích thường tổ chức những đợt sinh hoạt văn hóa tín ngưỡng cộng đồng gắn liền với các hoạt động vui chơi dân gian. Việc tổ chức lễ hội hằng năm để tưởng nhớ tới công lao của các vị thần đươc thờ là một truyền thống tốt đẹp mà ở thôn Nam Xá từ lâu làng đã định gồm các ngày sau tính theo âm lịch:
- Lễ đầu xuân: Ngày mồng 1 tháng Giêng
- Lễ Thượng điền: Ngày 10 tháng 2
- Lễ Kỳ an: Ngày rằm tháng 4
- Lễ Khánh hạ: Ngày 10 tháng 6
- Lễ Hạ điền: Ngày 10 tháng 11
Ngày 10 tháng 2, ngày 10 tháng 6 và ngày rằm tháng 8, ngày kỵ các ngài Đệ nhất, Đệ nhị, Đệ tam Câu Mang Thượng đẳng thần. Theo lệ làng đã định ngày làng vào đám, hội làng, tế lễ thành hoàng làng được tổ chức vào ngày mồng 10 tháng 6 âm lịch, nhằm ngày kị nhật Đệ Nhị Câu Mang Thượng đẳng thần. Lễ hội đình Nam Xá Thượng được tổ chức trong 3 ngày, từ ngày mồng 8 đến ngày mồng 10 tháng 6.
Với những giá trị đã nêu trên, Đình Nam Xá Thượng, xã Nhân Nghĩa, huyện Lý Nhân, tỉnh Hà Nam được xếp hạng di tích lịch sử văn hóa cấp Quốc gia (loại hình Kiến trúc nghệ thuật), năm 2017.
