南禅寺的修建历史，文献上很少有记载。现在只能凭借寺内几块明清石碑、木构件上的墨书题记作为研究的依据。最早的一条记载，是大殿明间西缝梁架中，平梁底皮的墨书题记:

「因旧名峕（shí）大唐建中三年岁次壬戌月居戊申丙寅朔庚午日癸未时重修殿法显等谨志」

(站长说明：即公元 782 年 8 月 13 日下午 1 点到 3 点)

这一条记载与现存结构是一致的，证明这座建筑物是重修于唐建中三年（公元782年）。它的创建年代应该更早一些，但也不会早过唐代初期。

大殿重修后六十多年，遇到了唐武宗于会昌五年（公元845年）进行的中国古代历史上规模最大的一次毁佛运动。当时，除国都长安和几个大城市内保留几处佛教寺庙以外,其余各地寺庙一律拆毁,僧尼勒令还俗。拆毁大庙四百六十四所，还俗僧尼二十六万五百人，拆毁小庙四万多所，收归封建皇帝所有良田数千顷，奴婢十五万人。

从近几十年的考古调查得知，会昌毁佛以前的木构建筑物，有确切年代的只有南禅寺大殿一处。它能保存下来的原因，可能是由于地处偏僻山村不被人注意；或因建筑的工匠就是附近居民，不愿意毁坏自己的劳动成果；或因受迷信思想极深。不论何种因素，从今天来看，保存下来的木构建筑物和塑像，都是唐代劳动人民的智慧结晶。

南禅寺大殿自建中三年重修后，迄今将近一千一百年，经历了多次维修、保养才能比较完整地保存下来。历史上最早的一次大修是在宋元祐元年（公元1086年），大殿内明间两根大梁底皮都留有墨书题记。东边大梁底皮的题记为:

「维岁次丙寅元祐元年三月十一日竖柱擡枋……」

题记书写在大梁土朱刷色的表面，大梁仍为唐代原构件。题记说明是一次规模较大的“落架重修”。现存大殿内断面圆形的柱子中,可能有几根为这一次所更换。其中前檐明间西柱内侧，尚保留着宋政和元年（公元1111年）游人墨书题记。

宋元祐元年的大修，除上述题记外，缺乏更为详细的记载。大修的原因，一般推断当与公元1038年春季定襄大地震有关。定襄在古代属忻州，距南禅寺所在地李家庄约三十公里。这次大地震据《宋史》记载，破坏性较大的连续了两次。

第一次是1037年1月9日，即宋景祐四年十二月初二日(丙子)，山西境内并(太原)，代(代州)，忻州同时地震，以忻州最重，死一万九千七百四十二人，伤五千六百五十五人，畜扰死者五万余（据《宋史五行志》）。

又据《宋史·叶清臣传》记载:“十月二日丙夜，京师地震，移刻而止,定襄同日震,至五日不止，坏店寺杀人畜,凡十之六。”

第二次是1038年3月1日，即宋宝元元年正月庚申，据《宋史·李京传》记载:“自宝元初，定襄地震,坏城廓,覆庐舍，压死者以数万人，殆今十年，震动不已。”

这两次地震，据《中国地震目录》记载，震中在山西省定襄、忻县一带，震级为7.5级，震中烈度为10度。李家庄距定襄城仅三十公里，居于重破坏区内。南禅寺受较大破坏是十分可能的。但修理的时间距地震破坏的时间有四十多年，此类情况在封建社会中是屡见不鲜的。

据记载，此后大殿经常小修，如元至正三年(公元1343年)修补了大殿的塑像。从实物调查，塑像的面部多数经过重新涂彩，个别塑像的个别部分经过补泥重妆，残破后两层不同颜色的衣着尚清晰可辨。

清嘉庆二十五年(公元1820年)和同治十二年(公元1873年)全寺又经过两次普遍的维修。现存大股前檐的砖券门、彩画等应是这两次修理的。

寺内其他建筑，除明隆庆元年(公元1567年)所建的龙王殿以外，其余各殿的结构式样，都属于清代中晚期作品。

1953年发现南禅寺为唐代术构建筑物后，立即进行必要的维修。1966年邢台地震后，大殿东次间砖券坍塌，整体梁架明显地向东南方向倾斜（向东20-26厘米，向南30-35厘米)，构件脱榫、劈裂严重。当时由保管所及时作了抢救处理。1972年由国务院批准，拨专数进行了比较全面的翻修复原，于1974年开工,至1975年8月全部完工。