辽寿昌二年（1096年），永安寺始建，寺内建有释迦舍利塔。

金朝末年，永安寺毁于战火，寺内释迦舍利塔仅存塔基。

元至元八年（1271年），元世祖忽必烈亲自勘查选址，经帝师八思巴推荐，由尼泊尔工艺家阿尼哥设计，在辽代释迦舍利塔原址上建造白塔。

元至元十六年（1279年），白塔竣工，并迎释迦佛舍利藏于塔中。同年，以白塔为中心建造大圣寿万安寺，作为忽必烈的家庙。

元至元二十五年（1288年），万安寺建成，成为当时皇家进行宗教活动和百官习仪的中心场所，同时也是蒙汉佛经及其他书籍的译印之处。

元至元三十一年（1294年），在万安寺白塔两侧修建神御，又称影堂。

至至正二十八年（1368年），万安寺毁于雷火，仅白塔幸存。

明宣德八年（1433年），明宣宗朱瞻基敕令修葺万安寺白塔。

明天顺元年（1457年），万安寺重建，改称妙应寺。

明成化元年（1465年），在万安寺白塔塔座的周围加修铁灯龛108座。

明万历二十年（1592年），万安寺白塔重修宝盖，并在覆钵上放上一座小铜碑，上书“重修灵通万寿宝塔天盘寿带”和“大明万历岁次王展季春”字样。

清乾隆十八年（1753年），妙应寺修缮。

清光绪二十六年（1900年），妙应寺被八国联军洗劫。

清宣统元年（1909年），妙应寺进行整修。

民国十四年（1925年），妙应寺修缮。

民国二十六年（1937年），妙应寺修缮。

1964年，妙应寺白塔安装避雷针。

1964年，妙应寺修缮。

1966年，文化大革命时期，妙应寺喇嘛被遣散，山门和钟鼓楼被拆除改建为副食商场，其他建筑被占用，大量文物遗失或被损毁。

1976年，妙应寺白塔受唐山大地震影响，天盘下的十三天顶部被震坏。

1978年，妙应寺白塔进行维修加固。施工过程中，发现了清代乾隆十八年（1753年）存留在白塔顶部鎏金小境内的大藏经、木雕观世音像、补花袈裟、五佛冠、乾隆帝手书《波罗蜜多心经》、藏文《尊胜咒》、铜三世佛像、赤金舍利长寿佛等。

1980年，妙应寺成立北京市白塔寺管理处。

1996年，妙应寺白塔修缮。

1997年，对占用妙应寺山门的副食商店和居民进行腾退。

1998年，妙应寺在原址上复建山门、钟鼓楼，并对东路殿堂进行修缮。

1999年7月，妙应寺正式对外开放。

2019年6月，妙应寺因文物建筑修缮及进行彩画保护工程，暂停对外开放。

2021年，妙应寺恢复对外开放。