Được xây dựng vào cuối thế kỷ XII - đầu thế kỷ XIII, là một công trình kiến trúc đẹp và độc đáo gồm 2 khối tháp liền kề nhau (tháp lớn cao 20 m, tháp nhỏ cao khoảng 18 m). Tháp được xây dựng không phải trên khu vực đồi núi như thường thấy mà là trên khu đất bằng phẳng, được bao bọc xung quanh bởi khu dân cư đông đúc. Tháp Đôi được xếp vào loại đẹp "độc nhất vô nhị" của nghệ thuật kiến trúc Champa. Tháp Đôi đã được xếp hạng di tích cấp quốc gia ngày 10/7/1980.
Kiến trúc Tháp Đôi không phải là tháp vuông nhiều tầng theo truyền thống của tháp Chăm, mà là một cấu trúc gồm hai phần chính: khối thân vuông và phần đỉnh hình tháp mặt cong, các góc tháp được tạo tác những tượng chim thần Garuda được thể hiện trong tư thế đôi chân cong hơi chùng lấy thế mạnh đạp vào góc tường tháp, ngực ưỡn ra, hai cánh tay giơ thẳng hết cỡ như muốn nâng đỡ mái tháp, khuôn mặt rắn khắc khổ và dữ tợn. Với các hình tượng chim thần Garuda người nghệ sĩ Champa xưa như muốn tăng thêm vẻ huyền bí cho tác phẩm đền đài mà họ đã xây dựng. Kiến trúc này chịu ảnh hưởng yếu tố Khmer rõ nét, vừa có mặt bằng kiến trúc đặc trưng của tháp Champa phong cách Bình Định, vừa mang phong cách nghệ thuật Khmer thời Angcovat - Bayon. Cửa chính cả 2 tháp đều quay về hướng Nam, vòm trên của các cửa vút cao lên như những mũi tên.
Kết cấu Tháp đôi Quy Nhơn bằng gạch nung với kỹ thuật xây dựng đặc biệt chỉ xuất hiện trong kiến trúc của người Chăm cổ, gạch được xếp khít nhau bằng chất kết dính rồi nung thành một khối vững chắc. Họa tiết trang trí ở 2 ngôi tháp là các tượng thần, phù điêu diễn tả các nhân vật, các vũ công với những điệu múa trong truyền thuyết Champa, cùng hình tượng các con vật như voi, hươu, khỉ... tất cả đều rất sinh động.
Theo các nhà khảo cổ học, điểm độc đáo của Tháp Đôi chính là việc sử dụng chất liệu đá trong thi công công trình. Đá tảng được sử dụng rất nhiều để làm phần đế cho cả 2 tháp và chân diềm mái. Dù những phần xây dựng bằng đá này qua thời gian đã mất mát khá nhiều, nhưng những gì còn sót lại hiện nay cũng đủ xếp Tháp Đôi vào hàng tiêu biểu cho loại hình kiến trúc sử dụng đá này trong hệ thống tháp Chăm ở Việt Nam.
Nét xưa còn đó
Trải qua những biến cố thăng trầm của lịch sử hàng trăm năm, sự tàn phá nặng nề bởi chiến tranh, cùng với sự lãng quên, trong nhiều thập niên, Tháp Đôi đã rơi vào cảnh hoang phế và hư hại nặng nề. Những di vật còn lại bên ngoài của công trình khu di tích này và cả bên trong của 2 ngọn tháp hiện còn không nhiều; nhiều phù điêu, tượng trên tháp chỉ còn lại từng phần.
Được sự giúp đỡ của các chuyên gia Ba Lan và các chuyên gia khảo cổ trong nước, Tháp Đôi đã được Nhà nước đầu tư hàng tỉ đồng để trùng tu, tôn tạo. Qua nhiều lần trùng tu, gia cố, chống xuống cấp, đến năm 2008 Tháp Đôi đã được khôi phục và trả lại gần như dáng vẻ ban đầu của tháp.
Hiện nay, Tháp Đôi nằm trong khuôn viên có diện tích khoảng 6.000 m2. Bên ngoài tháp là vườn cây cảnh tươi tốt mà đặc trưng là sắc màu của hoa Champa. Những hàng cau, bóng dừa nghiêng thấp thoáng soi mình bên chân tháp và cả khóm chuối mộc mạc góc trước sân được lưu giữ lại để góp phần tôn lên vẻ uy nguy và trầm mặc vốn có của Tháp cổ. Cùng với đó là những thảm cỏ xanh mướt và những hàng cây rợp mát đã tạo nên một không gian lý tưởng cho du khách dừng chân thưởng lãm.