Theo truyền ngôn địa phương, thuở hàn vi, Mạc Đăng Dung trong một lần bị truy sát đã trốn trong chùa Bà Đanh mà thoát nạn; sau này dựng nghiệp, để nhớ ơn cũ, Mạc Đăng Dung xuống chiếu trùng tu, mở rộng chùa và đổi tên thành Thiên Phúc tự.[1]

Theo văn bia "Tu tạo Bà Đanh tự" (khắc năm 1562) tại chùa, người đứng chủ hưng công lại chùa Bà Đanh là Thái hoàng thái hậu Vũ Thị Ngọc Toàn, cùng với 25 thân vương, công chúa, quận công[lower-alpha 1] và dân làng Trà Phương đóng góp xây dựng lại chùa tại vị trí ngày nay.[1]

Nhà Lê trung hưng, chùa Trà Phương cùng nhiều công trình xây dựng dưới triều đại nhà Mạc trên đất Dương Kinh bị phá hủy nặng nề. Sang thời Nguyễn, chùa Trà Phương được trùng tu lại, do vậy ngôi chùa hiện nay mang đậm phong cách nghệ thuật thời nhà Nguyễn.[1]

Năm 2007, chùa Trà Phương đã được Nhà nước Việt Nam công nhận là Di tích kiến trúc nghệ thuật cấp quốc gia.[1]