Đền được xây dựng vào đầu thời nhà Lý. Từng trải qua nhiều đợt trùng tu vào các năm 1618, 1677, 1768, 1836, 1843, 1893, 1941 (các lần trùng tu này được ghi lại trên văn bia). Đợt trùng tu năm Đinh Tỵ niên hiệu Vĩnh Trị thứ 2 tức đời vua Lê Hy Tông. Trịnh Tạc ủy cho con là Trịnh Căn chủ trì việc xuất của kho để di tạo Trấn Vũ Quán và pho tượng Thánh Trấn Vũ. Nghệ nhân trực tiếp chỉ huy đúc tượng Thánh Huyền thiên Trấn Vũ là Vũ Công Chấn.[2] Ông cho đúc tượng Huyền thiên Trấn Vũ bằng đồng hun, thay cho pho tượng bằng gỗ trước đó. Năm Cảnh Thịnh 2 (1794) đời vua Quang Toản, viên Đô đốc Tây Sơn là Lê Văn Ngữ cho đúc chiếc khánh đồng lớn.[3]

Vua Minh Mạng nhà Nguyễn khi ra tuần thú Bắc Thành cho đổi tên đền thành Chân Vũ quán[3]. Ba chữ Hán này được tạc trên trán cổng tam quan. Tuy nhiên, trên bức hoành trong Bái đường vẫn ghi là Trấn Vũ quán. Năm 1842, vua Thiệu Trị đến thăm đền và ban tiền đúc vòng vàng đeo cho tượng Trấn Vũ. Đền được công nhận di tích lịch sử-văn hóa cấp quốc gia đợt đầu năm 1962.[3]

Có thể thấy người xưa chấp nhận cả hai cách viết và gọi là Trấn Vũ quán và Đền Quán Thánh. Quán là Đạo Quán và là nơi thờ tự của Đạo Giáo, cũng như chùa là của Phật giáo.

Thánh Trấn Vũ là một hình tượng kết hợp nhân vật thần thoại Việt Nam (ông Thánh đã giúp An Dương Vương trừ ma trong khi xây dựng thành Cổ Loa) và nhân vật thần thoại Trung Quốc Chân Võ Tinh quân (vị Thánh coi giữ phương Bắc).