《日下旧闻考》载：“寺后有塔十层八楼，俗称画像千佛塔，绕塔基有铁钉龛十六座。塔西有井泉，深广约五尺余。”明英宗正统年间，征调全国各地木材扩建该寺后，始改今名。
公元1900年，灵光古刹毁于八国联军炮火。后经长达二十三年鼎力重建才得以再生。重兴后的灵光寺坐北朝南，纵向布局。南部为大悲院和金鱼池院。北部分别为方丈院、塔院、居士院和大雄宝殿。
寺内以佛牙舍利塔为中心，塔前山门殿为佛牙舍利塔的拜殿，檐下悬巨匾，上题“佛牙舍利塔”鎏金大字，为原中国佛教协会会长赵朴初先生所书。
有关灵光寺佛牙舍利的来历，赵朴初先生曾做过一番考证。根据佛教史籍记载，佛祖释迦牟尼圆寂火化后有两颗牙齿留存世间，其中一颗传到锡兰（今斯里兰卡）；另一颗传到乌苌国（今巴基斯坦境内），后由该国传到于阗（今新疆和阗县）。5世纪中，南朝高僧法显西游于阗，将此佛牙舍利带回建康（今南京）。隋朝时，佛牙舍利被送到长安。五代时期，中原战乱，佛牙舍利有辗转传到北方辽国的燕京（今北京）。辽咸雍七年（1071）灵光寺（今北京八大处第二处）建招仙塔，佛牙舍利便被供奉于塔内。
清光绪二十六年（1900