Năm 1440 đổi hiệu là chùa An Quốc. Năm 1616, niên hiệu Hoàng Định đời vua Kính Tôn, nhà Hậu Lê chuyển chùa vào bãi Cá Vàng (trước gọi tắt là bãi Rùa) thì gọi là Trấn Quốc (có chỗ nói: “tiếng Trấn Quốc đối với chùa này đã nêu lên từ thời Lý Trần, sau khi quân ta đánh thắng giặc xâm lược phương Bắc).

Năm 1639, chùa Trịnh sửa lại ngôi Tam quan, và xây hành lang hai bên tả, hữu. Trải qua nhiều lần trùng tu, trùng tạo cùng nhiều lần trước đây kiết hạ an cư, thành lập Tổ đình mà thành được cơ ngũ tố hảo như ngày nay. Những vị cao tăng và danh nhân thời trước, như đức Văn Phong pháp sư, Khuông Việt Thái sư, Ngô Chân Lưu, Thảo Đường, Thông Biện, Viên Học, Tịnh Không, Trần Tú Uyên và nhiều bậc Đại đức, Hòa thượng khác đều thụ giáo và tu trì ở chùa này.

Năm 580, vị Phạm Tăng Tỳ Ni Đa Lưu Chi từ Ấn Độ qua đây rồi đến tu trì ở chùa Pháp Vân.

Chùa này lại là nơi chốn tổ của phái Thiền Tào Động do vị Tịnh Trí Giác Khoan thiền sư đời Hậu Lê truyền đến, hiện nay có những tòa tháp để lại. Thời Lý (Bát Diệp), bà Thái Hậu Ỷ Lan thường mở tiệc Trai tăng và hỏi chư tăng về đạo Phật. Năm 1842, vua Thiệu Trị nhà Nguyễn đổi hiệu là chùa Trấn Bắc, nhưng nhân dân khắp nơi vẫn gọi là chùa Trấn Quốc. 

Năm 1959, tổng thống Ấn Độ Pra - Sat sang thăm Việt Nam, thân hành mang tặng cây bồ đề lấy ở cây mà đức Phật Thích Ca Mâu Ni ngồi thành đạo cách đây hơn 25 thế kỷ trồng kỷ niệm tại vườn chùa.

Ngày 29/11/2003, chùa tổ chức khánh thành Bảo tháp Lục độ đài sen cao 15m, có 11 tầng, tôn trí 66 pho tượng đức Phật A Di Đà bằng đá quý. Trên đỉnh tháp có một tháp sen Cửu phẩm Liên hoa tạc bằng đá.

Trụ trì chùa hiện nay là Hòa thượng Thích Thanh Nhã - Phó Trưởng ban Thường trực Ban Nghi lễ T.Ư GHPGVN.

Chùa đã được Bộ Văn hóa Thông tin công nhận là Di tích lịch sử văn hóa quốc gia năm 1962.

Chùa là ngôi cổ tự đầu tiên ở Hà Nội, là ngôi danh lam bậc nhất Việt Nam. Hàng năm, chùa đón tiếp hàng vạn tăng ni, phật tử, du khách trong nước và nước ngoài đến chiêm bái. 

An Hoàng