Chùa được trùng tu quy mô lớn nhất là vào đời vua Lê Thần Tông năm 1639. Trạng nguyên Nguyễn Xuân Chính đã soạn văn bia dựng ở chùa vào năm 1639 về công việc tôn tạo này.

Đến niên hiệu Chính Hòa (1680-1705) đời vua Lê Hy Tông, chùa đổi tên là Trấn Quốc.

Năm 1821, vua Minh Mạng đến thăm chùa, ban 20 lạng bạc để tu sửa.

Đến năm 1842, vua Thiệu Trị tuần du ra Bắc, ban 1 đồng tiền vàng lớn và 200 quan tiền, đổi tên chùa là Trấn Bắc, nhưng nhân dân vẫn giữ nguyên tên gọi cũ là chùa Trấn Quốc có từ đời vua Lê Hy Tông cho đến ngày nay.

Chùa Trấn Quốc có kiến trúc thẩm mỹ của kiến trúc phương Đông: Uy nghiêm ở bên trong nhưng giản dị, khiêm nhường bên ngoài, cân bằng tuyệt đối giữa công trình kiến trúc với cảnh quan hồ nước, cây xanh. Ngay con đường dẫn vào cổng chùa là khu Vườn tháp, với nhiều ngôi tháp cổ từ thời Vĩnh Hựu và Cảnh Hưng thế kỷ 18. Qua cổng chùa - có ba chữ “Phương tiện môn”, là đến nhà Bái đường, sau đến Tam bảo, sau nữa là hành cung thập điện và gác chuông. Trong chùa có nhiều tượng đẹp, đặc biệt là có tượng Phật Thích Ca nhập Niết Bàn bằng gỗ thếp vàng lộng lẫy.

Chùa Trấn Quốc có ba nếp nhà chính là tiền đường, nhà thiêu hương và thượng điện nối thành hình chữ Công. Hai bên nhà thiêu hương và thượng điện là hai dãy hành lang. Sau thượng điện là gác chuông. Bên phải là nhà tổ và bên trái là nhà bia. Trong chùa còn lưu giữ 14 tấm bia. Tấm bia năm 1815 có bài văn của tiến sĩ Phạm Quý Thích về việc trùng tu chùa sau một thời gian dài đổ nát. Đặc biệt, ở khuôn viên chùa có cây bồ đề, là quà tặng của Tổng thống Ấn Độ khi ông đến thăm Hà Nội năm 1959.

Năm 1998, Hòa thượng Kim Cương Tử - Viện chủ Tổ đình chùa Trấn Quốc, đã cho xây bảo tháp lục độ đài sen trong khuôn viên chùa gồm 11 tầng, cao 15 mét, diện tích mặt sàn 10,5 m vuông. Mỗi tầng tháp gồm 6 ô cửa vòm, có tượng Phật A Di Đà bằng đá quí. Tổng số tượng của tháp là 66 pho và trên đỉnh có 9 tầng đài sen cũng bằng đá quí (cửu phẩm liên hoa).

Đặng Xuân Xuyến