Khởi nguyên của chùa Phật Tích gắn liền với trung tâm Phật giáo Luy Lâu và sự du nhập của Phật giáo Ấn Độ gắn liền với nhà sư Khâu-Đà-La. Chùa được dựng vào khoảng thế kỷ VII-X. Đến thời Lý, chùa được đại trùng tu quy mô, trở thành một trung tâm Phật giáo Việt Nam bấy giờ. Vào năm 1057, vua Lý Thánh Tông đã cho dựng cây tháp và đúc pho tượng mình vàng. Vua còn tự tay viết chữ "Phật" dài 1 trượng 6 thước được khắc vào bia đá.
Thời Trần đã cho lập một thư viện lớn trên núi Lạn Kha do danh nho Trần Tôn làm Viện trưởng để giảng dạy các sinh đồ. Sách Đại Nam nhất thống chí cho biết hằng năm vào ngày mồng 4 tháng giêng mở hội xem hoa, nhiều người đến dâng hương lễ Phật. Chính hội xem hoa này đã dẫn đến câu chuyện lãng mạn “Từ Thức gặp tiên”. Từ năm 1991, Lễ hội Khán hoa mẫu đơn truyền thống vào ngày mồng 4 Tết Nguyên đán được khôi phục và tổ chức long trọng tại chùa vẫn giữ được những nét truyền thống từ ngàn xưa.
Năm 1383, vua Trần Nghệ Tông tổ chức thi Thái học sinh ở ngay trong chùa, lấy đỗ 30 người.
Đời vua Lê Hy Tông, chùa được bà Trần Ngọc Am, đệ nhất cung tần của Thanh Đô Vương Trịnh Tráng cho xây dựng quy mô tráng lệ vào năm 1686.
Chùa bị chiến tranh phá hủy hoàn toàn vào năm 1947. Năm 1959 và năm 1986, chùa được dựng lại sơ sài. Năm 1991, chùa được xây dựng lại với kiến trúc đơn giản hiện có, gồm ngôi chánh điện, nhà Tổ, nhà thờ Thánh Mẫu ...
Chùa giữ được nhiều cổ vật điêu khắc thời Lý.
Ở thềm bậc nền thứ hai, có 10 tượng linh thú bằng đá to lớn phủ quỳ trên bệ hoa sen là : sư tử, voi, trâu, ngựa, tê giác, mỗi loại 2 con đặt đối xứng trước cửa chùa. Tượng thú có chiều cao trung bình 1,2m, chiều dài từ 1,5m đến 1,8m. Trung tâm Sách kỷ lục Việt Nam đã xác lập kỷ lục vào ngày 12-12-2007: Chùa Phật Tích - ngôi chùa có 5 cặp tượng linh thú bằng đá lớn nhất Việt Nam.
Sau ngôi chánh điện, còn một số đấu kê chân tảng. Đặc biệt, có một chân tảng chạm khắc thật sinh động các nghệ sĩ đang biểu diễn các nhạc khí gồm : sáo dọc, sáo ngang, đàn nhị, đàn nguyệt, đàn tam, đàn tì bà, trống phách. Đó là dàn nhạc bát âm cổ vào thời Lý. Bát âm là tám chất liệu âm thanh gọi chung cho 8 loại nhạc khí được chế tác bằng 8 chất liệu khác nhau : Thạch (đá, như đàn đá, khánh đá), Thổ (đất, như trống đất của dân tộc Cao Lan), Kim (sắt, có dây bằng sắt), Mộc (gỗ, như song loan, mõ), Trúc (hơi thổi, như tiêu, sáo), Bào (nhạc khí làm bằng vỏ quả bầu, như tính tẩu, đàn bầu), Tì (dây tơ, như đàn nhị, hồ, líu), Cách (da, như trống cái, trống chầu).
Sau chùa có ao Rồng chữ nhật dài 7m, rộng 5m, sâu 2,2m. Đáy ao có thềm đá hình bán nguyệt đường kính 3,8m chạm nổi rồng khá lớn và hoa văn sóng nước. Chùa còn có giếng cổ, dưới đáy có đầu rồng dài 0,53m, rộng 0,20 m, miệng ngậm ngọc.
Chùa đã được Bộ Văn hóa công nhận là Di tích lịch sử - văn hóa quốc gia năm 1962.
Cuối năm 2005, Đại đức Tiến sĩ Thích Đức Thiện đã thành lập Trung tâm tu tập Phật Tích và Quan Âm viện. Chùa đã mở nhiều lớp tin học miễn phí cho học sinh, đóng góp một phần chương trình phổ cập tin học trong huyện nhà.
Cho tới nay, chùa Phật Tích có 7 gian tiền đường để dùng vào việc đón tiếp khách, 5 gian bảo thờ Phật, đức A di đà cùng các vị Tam thế Phật, 8 gian nhà tổ và 7 gian nhà thờ thánh Mẫu. Ngôi chùa có kiến trúc của thời Lý, thể hiện qua ba bậc nền bạt vào sườn núi. Các nền hình chữ nhật dài khoảng 60 m, rộng khoảng 33 m, mặt ngoài bố trí các tảng đá hình khối hộp chữ nhật
Bạn có thể tham gia tour du lịch hay tổ chức du lịch bụi để đến tham quan ngồi chùa cổ đẹp này.