Chùa còn được gọi là chùa Bà Ngô. Theo cuốn Thăng Long cổ tích khảo thì chùa được xây dựng vào thời vua Lý Thần Tông (1127 - 1128), cũng theo đó vào thời Lê, có một người con gái đẹp lấy chồng là một nhà buôn người Hoa giàu có, bà đã bỏ tiền ra xây dựng lại ngôi chùa này to đẹp hơn chùa cũ, do đó mới có tên Bà Ngô (Ngô Khách).Còn diện mạo hiện này là sau lần trùng tu năm 1953.
Chùa thờ Phật ở bái đường, bên trái là nhà hậu, bên phải thờ mẫu Liễu Hạnh, chùa thờ cả tượng vua Lê Thánh Tông. Sự tích kể rằng: có một lần vua thăm chùa, thấy trên gác chuông có bóng người đẹp ngâm 2 câu thơ:
Ở đây mến cảnh mến thầy
Tuy vui đạo Phật chưa khuây lòng người
Vua bèn gặp hỏi chuyện và muốn cùng nàng xướng họa. Nàng nhường vua làm trước, lấy đề bằng 2 câu thơ nàng vừa ngâm. Vua làm bài thơ Đường Luật 8 câu trong đó có 2 câu:
Chày kình mấy khắc tan niềm tục
Hồn bướm năm canh lẩn sự đời
Nàng xin phép sửa lại là:
Gió xuân đưa kệ tan niềm tục
Hồn bướm mơ tiên lẩn sự đời
Vua rất phục, mời nàng lên kiệu về cung, nhưng đến cửa Đại Hưng thì nàng biến mất. Vua cho là tiên giáng trần, dựng lầu Vọng Tiên ở đó để tưởng nhớ. Lầu Vọng Tiên bị dỡ khi phá thành Thăng Long xây lại và được chuyển về số 120B phố Hàng Bông thành đền Vọng Tiên.