Chùa Nành qua các thời kỳ được gọi bằng nhiều tên khác nhau: Chùa Phù Ninh, Chùa Cả, còn gọi với tên chữ là "Pháp Vân cổ tự". Tên của ngôi chùa đã thể hiện đầy đủ ý nghĩa và chức năng - chùa thờ Pháp Vân, một trong Tứ đại Phật đất Luy Lâu: Pháp Vân, Pháp Vũ, Pháp Lôi, Pháp Điện.
Theo sách "Lĩnh Nam chích quái", Chùa Nành được xây dựng từ khoảng giữa những năm 207-226. Tại đây, Lý Công Uẩn trước khi lên ngôi vua (1010) đã về trú ngụ tại chùa và được sư cụ Nguyễn Huệ Chung giúp đỡ (theo thần phả đốc tướng Bạch Sam).Trải qua chiều dài của lịch sử, Chùa Nành được trùng tu, tôn tạo ngày một hoàn chỉnh.
Năm hiệu Thành Thức (1581) Triều Mạc Hoàng Thái hậu Trần Thị Trân đứng đầu tu bổ chùa, tham gia còn có Phúc Thành Công, Mạc Kinh Thân, bốn vị Quận công,... Năm 1675 Phúc Quận công Thạch Anh Hào đứng đầu xây dựng bái đường. Năm 1733 Ninh Quận công Nguyễn Thọ Tràng đứng đầu xây dựng hậu cung, hai gian vũ, nhà Động, tạc nhiều tượng Phật.Cuối thế kỷ XVIII, Chiêu Nghi Hoàng Hậu Nguyễn Thị Huyền thân sinh Ngọc Hân công chúa đem gác chuông, gác khánh chùa Đền (hiện nay không còn) về dựng tại chùa và xây dựng nhà Thủy Đình, Thạch Sàng. Cổng Ngũ Môn xây dựng năm 1923.
Chùa Nành trước đây có 104 gian, 106 pho tượng toàn bộ bình đồ làm theo trục "Thần đạo bố cục theo hình, nội công ngoại quốc", nhà tiền đường có bộ vì kèo, thượng cuốn hạ kẻ trạm hình mây xoắn là bộ vì kèo sử dụng duy nhất ở thời kỳ này. Hai bên trên tiền đường có các chuông gác khánh. Chuông đúc năm 1653, khánh đúc lại năm 1733.
Hiện nay, tổng thể kiến trúc của chùa được trải dài: nhà thủy đình, ngũ môn, tòa tiền đường, thiêu hương, thượng điện, hai bên là hai dãy nhà giải vũ nối từ tiền đường xuống điện Mẫu.
Toà tiền đường gồm b¶y gian hai dĩ được xây theo kiểu độc đáo hiếm thấy ở các ngôi chùa thuộc vùng châu thổ sông Hồng. Sát hai bên hồi người ta đã xây lẩy lên hai bộ mái nhỏ, mỗi bộ bốn mái, có bốn đao cong vút toả ra bốn phía. Đó là gác chuông và gác khánh. Thượng điện có nền cao hơn so với các kiến trúc xung quanh, tại đây đặt tượng Đức Phật Pháp Vân trong khám thờ, ngồi trong tư thế "kết ấn vị uý" tượng trưng cho tín ngưỡng tôn giáo thời nguyên thuỷ.
Chùa Nành còn lưu giữ 116 pho tượng được tạo tác tỉ mỉ và công phu. Đặc biệt là các pho tượng: bộ Tam Thế Phật, tượng bốn vị Bồ Tát, tượng Tuyết Sơn, tượng Tứ trấn, tượng các vị tổ truyền đăng (Thập bát La hán), tượng Hậu bằng chất liệu đá… có niên đại thế kỷ XVII, XVIII, XIX, 3 pho Tam Thế ngồi trên tòa sen, phong cách sinh động là bộ tượng cổ còn lại rất ít ở thời điểm nghệ thuật khắc gỗ thế kỷ XVI (thời nhà Mạc). Các pho tượng khắc đều giữ được phong cách nghệ thuật Ấn Độ không lai. Tượng Phật Thập Bát La Hán hiện thực không kém chùa Tây Phương.
Chùa còn lưu giữ 9 đạo sắc phong, tượng và khám đặc trưng nghệ thuật thế kỷ XVII còn lại rất ít ở nước ta,
Ngoài chức năng thờ Pháp Vân, chùa Nành còn là một điểm ghi dấu nhiều sự kiện cách mạng kháng chiến. Năm 1907, chi hội Đông Kinh Nghĩa Thục - một tổ chức của văn thân yêu nước Bắc Hà được thành lập tại Ninh Hiệp do cụ cử Huyên đứng đầu, trở thành trung tâm truyền bá tư tưởng yêu nước của vùng Bắc Ninh. Từ năm 1942-1945, chùa Nành là một cơ sở cách mạng của Xứ uỷ Bắc Kỳ, là nơi ở, hội họp bí mật của các đồng chí Trường Chinh, Hoàng Văn Thụ, Hoàng Quốc Việt, Nguyễn Lương Bằng và nhiều đồng chí lão thành cách mạng khác. Chùa do sư cụ Phạm Thông Hòa trụ trì, có hầm bí mật ở nhà Động. Nhà sư Nguyễn Khắc Mỹ giúp việc cho sư cụ được phân công bảo vệ và phục vụ sinh hoạt cho các đồng chí lãnh đạo của Đảng. Phong trào cách mạng của xã và nhiều hoạt động chính trị văn hóa lớn đều diễn ra tại chùa Nành, kể cả những năm giặc Pháp cắm bốt ở giữa làng năm 1952, 1954. Mùng 3 Tết năm 1953, du kích xã bắt sống 2 tên lính Ngụy giữa sân chùa cách bốt 300m.
Chùa Nành được UBND thành phố Hà Nội ra quyết định gắn biển Di tích cách mạng kháng chiến năm 2005.