Theo sử sách ghi chép lại, vào thời Lý, vua Lý Thần Tông (1128 - 1138) cho lập ở vị trí này một cung điện mang tên cung Từ Hoa để công chúa Từ Hoa cùng các cung nữ trồng dâu, nuôi tằm, dệt vải nằm bên trong khu vực có tên là Trại Tằm Tang. Vào đời Trần (1225 - 1413), trên nền cũ của cung Từ Hoa dựng lên một ngôi chùa, trại Tằm Tang đổi thành phường Tích Liên và chùa được mang tên Đống Long. Năm 1639, dưới triều vua Lê Thần Tông, chùa được tu sửa lại và lấy tên là Chùa Đại Bi. Năm 1771, đời Lê Cảnh Hưng chùa được trùng tu, sửa chữa lớn và mang tên Kim Liên Tự (chùa Kim Liên). Năm 1792 - 1793, đời vua Quang Trung, chùa được xây dựng lớn, về diện mạo cơ bản giống như hiện nay. Chùa Kim Liên vừa thờ Phật, vừa thờ công chúa Từ Hoa.
Phong cách kiến trúc của chùa Kim Liên mang đượm dáng vẻ cung đình. Toàn bộ cổng chùa được làm bằng gỗ, khá đồ sộ và chạm khắc công phu. Bố cục của chùa bao gồm một trục đối xứng từ Tam quan đến nhà Tổ. Tam quan với toàn bộ kết cấu có mái che được đỡ từ các thân cột. Tam quan chùa Kim Liên là một công trình kiến trúc độc đáo với 2 tầng, 8 mái, trông như bông sen trên mặt nước Hồ Tây. Từ Tam quan đi vào một khoảng sân dẫn vào ba nếp chùa xếp song song theo hình chữ "Tam", thứ tự từ chùa Hạ, chùa Trung quay mặt về hướng Tây đến chùa Thượng quay mặt về phía Đông. Ba lớp chùa được liên kết với nhau bằng tường gạch để trần có trổ cửa sổ tròn lồng chữ nhà Phật. Mái chùa Kim Liên lợp ngói với cấu trúc hai tầng theo kiểu chồng diêm. Mỗi nếp 8 mái, có tám tàu đao hình rồng uốn cong. Chân cột kê trên đá tảng chạm hình hoa sen cách điệu.
Chùa Kim Liên
Chùa Hạ là một ngôi nhà 5 gian, 6 hàng cột, 2 tầng, 8 mái. Trên bờ nóc được trang trí hình đầu rồng. Hai bên tường đầu hồi trổ cửa sổ tròn theo chữ nhà Phật sắc sắc - không không. Bộ khung nhà chạm trổ các hình hoa sen, lá, mây, rồng theo phong cách Lê Trung Hưng. Chùa Trung là một ngôi nhà 1 gian 2 chái, hẹp hơn nhưng cao hơn chùa Hạ. Chùa có 2 tầng, 8 mái và được nối với chùa Hạ bằng một đường ống máng chung. Lối trang trí của chùa Trung giống như chùa Hạ. Chùa Thượng có kích thước và trang trí như chùa Hạ và được nối với chùa Trung bằng một đường ống máng chung. Nhìn từ xa thấy rõ ba tòa nhà nhưng nhìn bên trong có cảm giác là một nhà có nhiều gian.
Bên trong chùa Kim Liên có nhiều pho tượng rất đẹp, các pho tượng Phật được bày thành hai lớp, trên cùng là bộ Tam thế, tiếp theo là tượng A-di-đà, tượng Quan Thế Âm và tượng Đại thế chỉ ở hai bên cùng A Nan Đà Ca diếp là hai đại đệ tử của Đức Phật. Lớp dưới là Quân âm chuẩn đề, tượng Ngọc Hoàng, dưới cùng là tòa Cửu Long. Ngoài ra, chùa Kim Liên còn có tượng Uy vương Trịnh Giang, người đã cấp tiền hưng công tu tạo chùa năm Cảnh Hưng thứ 32 (1771). Các pho tượng đều mang phong cách điêu khắc thế kỷ 18-19. Đặc biệt, trong chùa có một pho tượng gỗ được xác định là tạc cách đây hơn 200 năm. Tượng cao khoảng 1,7m, hình một người trung niên, râu ba chỏm, tay cầm hốt, đầu đội mũ miện, nhưng lại mặc áo cà sa. Có thuyết cho rằng đó là tượng chúa Trịnh Giang hoặc chúa Trịnh Sâm nhưng cũng có thuyết cho đó là tượng vị hòa thượng trông coi chùa, mà vị này nguyên là nội thị trong phủ chúa Trịnh.
Năm 1983, chùa Kim Liên đã được Bộ Văn hóa trùng tu hồi phục phong cách kiến trúc xưa. Chùa Kim Liên được coi là một trong những ngôi chùa đẹp nhất Hà Nội, vẫn còn giữ được những nét kiến trúc độc đáo (các lớp chùa được bố trí theo ba lớp song hành như chùa Tây Phương) với những tác phẩm điêu khắc rất có giá trị mang phong cách thế kỷ XVIII.
Hiện nay, chùa Kim Liên còn lưu giữ được một tấm bia cổ, nay dựng phía bên phải cổng chùa, trên bệ đá hình vuông, dù năm tháng đã làm phai mờ nhiều nét chữ nhưng còn xem được niên hiệu Thái Hòa tam niên Ất Sửu - tức năm 1445, thời Lê Nhân Tông. Đây là tấm bia cổ nhất ở Hà Nội hiện nay.
Chùa Kim Liên là nơi vô cùng tĩnh lặng, bình yên, nằm khiêm nhường bên hồ Tây mộng mơ. Trong cuộc sống hối hả như ngày nay, người ta tìm đến chùa Kim Liên không chỉ để vãn cảnh chùa, để thưởng lãm một trong những tuyệt tác về kiến trúc của Hà Nội mà còn để thấy lòng mình thanh thản hơn và để cầu sức khỏe, bình an cho người thân.
Với những giá trị nghệ thuật kiến trúc cổ đặc sắc như trên, chùa Kim Liên đã được Bộ văn hoá Thể thao Du lịch công nhận là Di tích lịch sử - văn hoá cấp quốc gia năm 1962.