北魏天兴元年，北魏建都平城，北魏天师道长寇谦之仙逝前留下遗训：要建一座空中寺院，以达“上延霄客，下绝嚣浮”。之后天师弟子们多方筹资，精心选址设计，悬空寺于北魏太和十五年建成。
悬空寺由于科学的选址，是建在崖壁凹回去的部分，且两边突出的山崖缓解了风势，东边天峰岭遮挡了太阳，年平均日照时间为2小时，风侵，雨蚀、日晒都对其损害不大。从天师仙逝到始建的43年间，其弟子们多方筹资，精心选址设计，乃至寺庙宗教内容的构思都超出了常人的智慧，将陶宏景明确提出三教合流的思想，体现于一处空中寺院内，并将三教殿建在寺院的最高处，使三位教主共居一殿，神态各异。殿内正中端坐佛主释迦牟尼，慈和安祥，左边是儒家始祖孔子，微笑谦恭，右边是道教主老子李耳，清高割达，在友好的气氛中进行对话，三教殿内的宗教内容，佛、道、儒的和平共处，体现了儒家思想"和为贵仁者爱仁智者见智"以及道家的"无量度人"，"礼度为先"和佛教"普渡众生"的思想，是三教思想融恰升华的展示，为指点世人化解矛盾纷争作出了榜样。因此，悬空寺虽地处历代兵家必争之地的恒山，不但没有遭到破坏，而且历代都加以维修、完善，(悬空寺的现貌是保存了金大定18年修缮后的基本原貌)，足以说明天下渴望和平的无穷力量。
唐开元二十三年，李白游览悬空寺后，在岩壁上书写了“壮观”二字。悬空寺现存建筑是明清两代修缮的遗物。
悬空寺内现存的唯一的佛、道、儒三教合一的独特寺庙。修建在恒山金龙峡西侧翠屏峰的悬崖峭壁间，面朝恒山、背倚翠屏、上载危岩、下临深谷、楼阁悬空、结构巧奇。悬空寺共有殿阁四十间，利用力学原理半插飞梁为基，巧借岩石暗托，梁柱上下一体，廊栏左右相连，曲折出奇，虚实相生。寺内有铜、铁、石、泥佛像八十多尊，寺下岩石上“壮观”二字，是唐代诗仙李白的墨宝。古人云：“蜃楼疑海上，鸟道没云中。”明代大旅行家徐霞客叹其为“天下巨观”。
悬空寺始建初期，最高处的三教殿离地面90米，因历年河床淤积，现仅剩58米。整个寺院，上载危崖，下临深谷，背岩依龛，以西为正，寺门向南开。全寺为木质框架式结构，依照力学原理，半插横梁为基，巧借岩石暗托，梁柱上下一体，廊栏左右紧联。仅152.5平米的面积，建有大小房屋40间。悬空寺的总体布局以寺院、禅房、佛堂、三佛殿、太乙殿、关帝庙、鼓楼、钟楼、伽蓝殿、送子观音殿、地藏王菩萨殿、千手观间殿、释迦殿、雷音殿、三官殿、纯阳宫、栈道、三教殿、五佛殿等。
悬空寺呈“一院两楼”般布局，总长约32米，楼阁殿宇40间。悬空寺的总体布局以寺院、禅房、佛堂、三佛殿、太乙殿、关帝庙、鼓楼、钟楼、伽蓝殿、送子观音殿、地藏王菩萨殿、千手观间殿、释迦殿、雷音殿、三官殿、纯阳宫、栈道、三教殿、五佛殿等。南北两座雄伟的三檐歇山顶高楼好似凌空相望，悬挂在刀劈般的悬崖峭壁上，三面的环廊合抱，六座殿阁相互交叉，栈道飞架，各个相连，高低错落。全寺初看去只有十几根大约碗口粗的木柱支撑，最高处距地面50来米。其中的力学原理是半插横梁为基础，借助岩石的托扶，回廊栏杆、上下梁柱左右紧密相连形成了一整个木质框架式结构，也增加了抗震度。