Theo sách Tây Hồ chí và Thăng Long cổ tích khảo, chùa có nguồn gốc liên quan đến dấu tích của hoàng tử Uy Linh Lang, con trai thứ bảy của vua Trần Nhân Tông (Hiệu Thiệu Bảo 1278-1288).
Thuở nhỏ, hoàng tử Linh Lang sống với mẹ là Chiêu Minh phu nhân ở phường Nhật Chiêu (nay là phường Nhật Tân, quận Tây Hồ, Hà Nội). Nhiều lần, hoàng tử xin xuất gia đầu Phật nhưng không được cha mẹ chấp thuận.
Hoàng tử lập một nhà nhỏ ven hồ làm nơi đọc sách, cùng bạn bè rèn văn, luyện võ, du thuyền thưởng trăng, ngâm vịnh thi phú, xa lánh chính sự. Khi Chiêu Minh phu nhân mất, nhà vua cho lập đền thờ, gọi là “Chiêu thánh điện”.
Năm 1285, khi nhà Nguyên sang xâm lược nước ta lần thứ 3, hoàng tử Linh Lang dựng cờ, chiêu mộ dân binh, xin vua cho xuất chinh dẹp giặc và đã lập được nhiều chiến công.
Khi thắng trận trở về, hoàng tử không nhận ban thưởng mà lui về tu thiền ở chùa Vân Hồ.
Vua luận công, phong là Dâm Đàm Đại Vương.
Khi Dâm Đàm Đại Vương mất, nhân dân rước bài vị vào Chiêu thánh điện, thờ làm chính Thần Hoàng cùng 6 người bạn của ngài. Còn trên nền nhà đọc sách ven hồ, dân làng dựng một thảo am để ghi nhớ dấu tích hoạt động của Linh Lang hoàng tử.
Đến đầu đời Lê (thế kỷ XV), nhân dân đã dựng ngôi chùa thay cho am cỏ, gọi là Tảo Sách tự (nghĩa là đọc sách dưới ánh ban mai).
Đến thế kỷ XVI, khi Thiền sư Thủy Nguyệt, Trưởng môn phái Tào Động truyền thụ đệ tử trụ trì các chùa quanh hồ Tây, chùa Tảo Sách còn có tên là Tào Sách, thuộc Sơn Môn và mang tên chữ là Linh Sơn tự.
Ngôi chùa khi đó mang thiết chế tôn thờ của “Linh Sơn đạo” (một đạo du nhập từ triều Tống của Trung Quốc, mang đặc điểm cả Tam giáo là Phật giáo, Nho giáo và Lão giáo, rất được các đời vua Lê, chúa Trịnh tôn sùng).
Năm 1994, chùa được Nhà nước công nhận là Di tích lịch sử văn hoá và được duy tu, tôn tạo với đủ Nhà thờ Tổ, Trai phòng, Nhà thờ Mẫu, Điện thờ Đức Quan Thế Âm Bồ Tát…, đặc biệt là dựng lại gác chuông, tam quan đậm nét kiến trúc dân gian, hài hoà cảnh trí như hiện nay.
