Chùa nằm trên một khu đất có hình thể như 6 hiền sĩ hội tụ, thế tứ linh (long, ly, quy, phụng). Phía Đông Nam và Tây Nam là hình thể của phượng châu, quy bái. Phía Tây Bắc là quy phục uy nghi một dải Thần Long rủ đầu xuống ngôi chùa, vì thế nên mới gọi tên chùa là Hàm Long. Nhưng thời Lý - Trần, chùa Hàm Long chưa có quy mô kiến trúc lớn.
Đến đầu thế kỷ XVIII thời Lê trung hưng, xuất hiện vị Trịnh Hòa thượng là con trai của Tấn Quang vương Trịnh Bính đến tu hành tại chùa, ngài có thế danh là Trịnh Thập, pháp danh là Như Trừng tự Lân Giác hiệu là Cứu Sinh, ngài là đệ tử của Thiền sư Chân Nguyên ở núi Yên Tử.[5] Vốn dĩ ngài là em trai của chúaTrịnh Cương và là phò mã của Thái thượng hoàngLê Hy Tông. Tuy thân sống trong lầu son gác tía, mà tâm hằng gởi gắm trong cửa Thiền. Sau đó ngài xin triều đình cho thoát tục xuất gia, chuyển tư dinh ở huyện Thọ Xương thành chùa Liên Tông để tu hành (tức là chùa Liên Phái hiện nay).[note 3] Sau đó ngài cũng đến tu hành tại chùa Hàm Long, trong giai đoạn này chùa được trùng tu xây dựng quy mô lớn với nhiều công trình: tiền đường, tam bảo, tổ đường (nhà tổ), nhà tăng, vườn tháp,… Sinh thời, ngài sáng lập ra chi phái Liên Tông thuộc phái Thiền Trúc Lâm. Trước khi viên tịch, ngài chỉ định Thiền sư Tính Ngạn làm trụ trì chùa Hàm Long. Sau khi niết bàn (viên tịch) thì Thiền sư Như Trừng Lân Giác là vị Tổ sư thứ nhất trong số 18 vị tổ sư của chi phái Liên Tông được thờ tại chùa.
Tháng 2 năm 1928 (niên hiệu Bảo Đại năm thứ 2), chùa được trùng tu với công sức đóng góp của tăng ni, phật tử đến từ 21 tỉnh trong cả nước. Điều này được ghi lại trong văn bia “Trùng tu Long Hạm tự bi” dựng vào ngày tốt tháng trọng xuân (仲春) tức tháng 2 năm Mậu Thìn.[6][note 4]
Thời hiện đại
Năm 1951, quần thể kiến trúc của chùa đã chịu tổn thất lớn do thực hiện chủ trương tiêu thổ kháng chiến của chính quyền Việt Minh. Vào giai đoạn này, khi phá chùa Dạm, tượng Nguyên phi Ỷ Lan và tượng vua Lý Nhân Tông được gửi vào chùa Hàm Long để bảo quản.
Bằng công nhận Di tích của Bộ Văn hóa - Thông tin cấp năm 1994
Mãi đến thập niên 1990, dưới thời trụ trì mới Thích Thanh Dũng, chùa mới được trùng tu đáng kể:[note 5]
Năm 1995, ông cho trùng tu tổ đường.
Năm 1997, trùng tu thượng điện, tiền đường, xây lại 4 cây tháp trước cổng, 16 gian nhà khách và nhiều công trình khác.
Cuối năm 2000, UBND tỉnh Bắc Ninh ra Quyết định thành lập Trường Trung cấp Phật học tỉnh Bắc Ninh, trường đặt trụ sở ở trong khuôn viên chùa Hàm Long.[8] Hiện nay, Thượng tọaThích Thanh Trung đang là Hiệu trưởng của ngôi trường này.[4]
Năm 2007, xã Nam Sơn cùng với một số xã khác của huyện Quế Võ được cắt về thành phố Bắc Ninh nên chùa chuyển về thuộc địa phận của thành phố Bắc Ninh và giữ nguyên đến hiện nay.[9]
Ngày 20 tháng 3 năm 2014 (tức 20/02 năm Giáp Ngọ), Ban Trị sự GHPGVN tỉnh Bắc Ninh kết hợp với Tổ đình Hàm Long tổ chức Lễ Động thổ khởi công xây dựng công trình phụ trợ cho nhà chùa gồm Tam quan nội, hồ cảnh quan, chòi nghỉ, bãi đỗ xe,... với kinh phí khoảng 40 tỷ đồng.[10]
Hàng năm, vào ngày 15 tháng 2 âm lịch, nhà chùa đều tổ chức lễ hội cho đông đảo phật tử và nhân dân tham gia.
