唐贞观二十二年（公元648年），太子李治为其母文德皇后追福创建大慈恩寺。唐永徽三年（公元652年），玄奘法师为安置经像舍利，奏请朝廷于大慈恩寺西院建砖表土心五层塔，即大雁塔。此工程首尾二年竣工。

唐永徽四年（公元653年），尚书右仆4592.描述射上柱国河南郡开国公褚遂良书写《大唐三藏圣教之序》、《大唐三藏圣教序记》并镌刻石碑，安置在大雁塔底层南门东西两侧。

唐长安年间（公元701年—公元704年），因玄奘所建五层塔渐已颓毁，女皇武则天率王公贵族施钱重建大雁塔。依照国内砖塔形制，建造成外观呈方锥形的七层防木结构楼阁式砖塔。

后唐明宗长兴年间（公元930年—公元933年），西京留守安重霸重修大慈恩寺并对大雁塔进行整修。

明嘉靖三十四年（公元1556年），陕西关中地区发生8.3级强烈地震，塔刹震落并将塔下的“集王圣教序”碑砸断为两截。

明万历三十二年（公元1604年），对大雁塔进行全面整修，重新安装塔内楼梯，次年工程告竣，整修后大雁塔高64.7米，底边长25.5米，外观仍然保持唐制，未有变动。

清道光十三年（公元1833年），重修大慈恩寺，重造山门三间，钟鼓楼各一座，天王殿三间，客堂对面六间，厢房十四间，游廊六间，维修大雁塔楼梯。

清同治元年（公元1862年），陕西回民起义，寺院多处建筑毁于战火，大雁塔仍保持完好。

1961年，国务院颁布大雁塔为第一批全国重点文物保护单位。

1964年大雁塔经过一次整修，基本保持了原来的风貌。

从20世纪80年代起，监测到大雁塔塔身逐年倾斜，开展保护措施专项研究。

2009年起，通过封井、回灌地下水，加速地下水位回升，大雁塔已逐渐回正。

2006年和2012年，大雁塔作为“丝绸之路”的遗产点之一，列入中国世界遗产预备名单。