至清代，磁窑峡始终保持了商贸通衢的地位，即磁窑峡口是恒山山岳崇祀文化圈的起始点与重要节点，历代帝王多由此进入恒山核心区祭祀北岳。据顺治十八年(1661)《浑源州志▪恒岳志》的记载，当时悬空寺的格局和建筑规模与现今较为接近，但三身佛裸露在外，并无建筑覆盖，大雄宝殿南侧有鼓楼而北侧尚无钟楼，也没有送子观音殿和地藏殿。此外现今三圣殿的北侧，当时有一单层殿宇，但现已无存。清朝顺治晚期至雍正元年（1723年），佛堂的右侧修建钟楼。清朝乾隆十二年（1747年），重修大墙、钟楼，修补各建筑残损，修补造像并彩绘。

中华民国时期，修建了寺前平台，寺院南北楼之间新砌了岩石栈道，悬空寺已与如今所见基本一致。

中华人民共和国成立后，悬空寺文物管理处在寺院建筑群的东北250米外新增了游客服务用房、文物管理用房和水利设施等。

1958年，在寺南的金龙峡深谷间建造了恒山水库和悬空桥，同时在水库大坝东侧的天峰岭山岩中凿通了约1公里长的隧道，便利了南来北往的行人和车辆。水库内有罗汉洞、李牧祠、山门等。恒山18景由此开始，“磁峡烟雨”、“云阁虹桥”在其中。

悬空寺位于山西省大同市浑源县城东南4千米恒山磁窑峡（亦称金龙峡） 翠屏峰西侧，古时候磁窑有天险之称，其东望天峰岭，磁窑峡水（浑河及滱水上游支流）流经此地。过云阁虹桥再向南约200米为磁窑口，通过此口的“石铭陉”千年古道是沟通蒙古高原与华北地区，进入恒山核心区的必经之路，也是跨越太行山、沟通山西与河北的重要交通要道。

悬空寺上载危崖，下临深谷，背岩依龛，寺门向南，以西为正；即建于悬绝壁半腰间的表面岩层断裂所形成的进深凹陷之中，且整个建筑群体沿山峰的南北走向由南向北逐步升高。悬空寺修建在凹陷的山腰上，一方面可以避免建筑被风雨摧残和太阳暴晒，从而能减缓木材因风蚀、雨蚀、日晒造成的风化和腐烂；另一方面还可以避免滚石落下来砸到悬空寺。

悬空寺的建筑群主要以凹入崖壁的承台作为承重基础，其外部回廊及外挑结构以插入岩石的悬臂梁为基，该悬臂梁端部同时辅之以立木撑杆共同形成承重结构体系。全寺由立木和横木支撑着，以横木为梁者称作“铁扁担” ，是用当地的特产铁杉木加工成为方形的木梁深深插进岩石里去的。据说，木梁用桐油浸过具有防腐作用。这些立木落点都经过精心计算， 以保证能把整座悬空寺支撑起来。有的木柱起承重作用，有的是用来平衡楼阁的高低，有的要有一定重量加在上面，才能够发挥它的支撑作用。此外，南北二楼的底基安稳地坐于悬虚凹陷的下底部岩石之上，其回廊栈道由三分之二部分插入石壁的横梁上的搭板构成，每根梁下另加一根插入石壁的隅托梁，每根梁外端下的装饰性细长立柱从外观上给人以支撑作用的错觉。

殿楼的分布都对称中有变化，分散中有联络，曲折回环，虚实相生，小巧玲珑，空间丰富，层次多变，小中见大，不觉为弹丸之地，布局紧凑，错落相依。悬空寺不仅外貌惊险，奇特、壮观，建筑构造也颇具特色，形式丰富多彩。屋檐有单檐、重檐、三层檐，结构有抬梁结构、平顶结构、斗拱结构，屋顶有正脊、垂脊、戗脊、贫脊。总体外观，巧构宏制，重重叠叠，造成一种窟中有楼，楼中有穴，半壁楼殿半壁窟，窟连殿，殿连楼的独特风格，它既融合了中国园林建筑艺术，又不失中国传统建筑的格局。悬空寺内现存的各种铜铸、铁铸、泥塑，石刻造像中，不少风格，体例具有早时期的特点，是具有较高艺术价值的珍品。

悬空寺是“磁峡烟雨”景观的核心，是浑源州神州八景之一。悬空寺文物保护区现由文物本体展示区、文物保护管理区、游客接待服务区和遗址、遗迹及文物可能埋藏区（未开放）所组成，总占地面积约8.83公顷。

悬空寺距地面高约60米，最高处的三教殿离地面90米，因历年河床淤积，现仅剩58米，是中国最早、保存最完好的木构摩崖古建。悬空寺由佛堂院、南楼、北楼、悬空栈桥、三身佛殿及寺前平台组成，其中文物建筑物面积472平方米，寺前平台面积726平方米，占地面积约921平方米。

悬空寺为木质框架式结构，呈南北走向多层次的横向布局。悬空寺总体布局为 “一院二楼”，南端为一座悬空寺院， 北边为两座悬空飞楼。悬空寺院的建筑群包括了钟楼、鼓楼、送子观音殿、伽蓝殿、地藏殿和千手观音殿以及同居一室的大雄宝殿、太乙殿、关帝殿。二楼即南、北二楼，北楼为三教殿，南楼主要殿堂有纯阳宫 （二层）、 三官殿 （三层）和雷音殿 （顶层），是悬空寺的主殿， 皆三檐歇山顶， 面阔各三间。南、北楼之间有两层栈道相连。

寺前平台包括平台一、平台二、平台三、五道庙和山神庙，寺前平台面积726平方米，三个平台均于1985年或以后所建。自唐峪河吊桥至悬空寺台阶步道起点约190延长米，自台阶步道至平台一约59延长米，高差19.44米；向前可到达平台二和平台三，高差4.61米，通过平台三石阶可进入佛堂院，高差2.92米。

五道庙和山神庙为明清时期建筑，其中五道庙位于题刻“腾云归梦”之上，上下二层，每层前檐设仿木砖檐柱，上部设额枋、平板坊承托歇山项屋檐，正中设门。

佛堂院是由佛堂、大雄宝殿和钟、鼓楼等建筑物围合而成的“凹”字形院落，至现状地面总高差为26.97米。

佛堂的上层是大雄宝殿，南北两端是钟楼和鼓楼，最南侧是伽蓝殿；伽蓝殿的北侧是土地庙，大雄宝殿顶部、伽蓝殿北1.5米处是送子观音殿，大雄宝殿顶部北端是地藏殿，高程与送子观音殿相同；大雄宝殿顶部、地藏殿北1.4米处是千手观音殿，此外，佛堂院有碑廊与钟楼一层连通，面阔两间，进深一间。

其中，千手观音殿由崖体出挑的悬臂梁和梁端下部铁杉木支柱承托，呈悬空状态。面阔一间，进深一间，东、南、北三面出廊，柱头、补间三踩斗棋单下昂，单檐歇山顶。

南楼，位于佛堂院北侧，高三层，长约7米，宽约4米，一至三层依次是纯阳宫、三官殿和雷音殿。整座建筑由崖体出挑的悬臂梁和梁端下部铁杉木之柱承托，呈半悬空状态。面阔五间，进深两间，东、南、北三面出廊，一、二层柱头、补间为三踩斗栱单下昂，三层柱头、补间为五踩斗栱双下昂，三层三檐歇山顶楼阁式建筑。

纯阳宫也称吕祖庙，主要供奉的是道教八仙之一的吕洞宾，左为神仙，右为童子，后面是他的坐骑梅花鹿。三官殿是悬空寺整个建筑中面积最大的一个殿，殿内塑像为明代的泥塑珍品；殿中供奉三官，即赐福于人的天官，赦罪于人的地官，为民解厄的水官。三官塑像的下面左右为侍女，再两边为老少臣子、天蓬元帅及龟、蛇二将。雷音殿是佛教殿堂，位于南楼第三层，殿内供奉：中间为释迦牟尼，左右为文殊、普贤，佛前为阿难、迦叶。入殿仰视，悬山上悬塑琳琅满目，二十四诸天、十八罗汉脚踩五色祥云自天而下。

北楼，位于南楼北侧，高三层，长约为6米，宽约为4米，一至三层依次是四佛殿、三圣殿和三教殿，为全寺的最高建筑。整座建筑由崖体出挑的悬臂梁和梁端下部铁杉木支柱承托，面阔五间，进深两间，东、南、北三面出廊，三层柱头、补间为三踩斗栱单下昂，三层三檐卷棚式歇山顶楼阁。

四佛殿中供奉的是四方佛，四佛皆为壁画，清同治五年（1866年）绘，悬匾“青云独步”，为，明代道士孙训在此殿居住时书。三圣殿窗楣有明代吴门徐申题“绝壁层楼”，殿内供奉观世音菩萨乘朝天金毛吼，文殊菩萨乘青天狮，普贤菩萨乘六牙白象，10弟子等环侍左右，彩绘有观世音普救72难故事。三教殿三教殿是体现“三教合一”的典型殿阁，三位教主共聚一堂，中间为佛教创始人释迦牟尼，左边为儒家创始人孔子，右边为道家鼻祖老子，三教供于一殿，在全国各地寺庙建筑中极为罕见。

栈桥位于南楼和北楼之间，长约10米，桥上建楼，楼内建殿，殿内供佛。

三身佛殿，也称石窟阁，分上下两层，位于南、北楼的悬空栈桥之间，包括应身佛殿、报身佛殿及法身佛殿，其中应身、报身、法身是如来佛的三种形象。三身佛殿为二层二檐卷棚悬山顶建筑，立面呈“┘”型，其中一层面阔两间，进深两间。南侧为应身佛殿，北侧为报身佛殿，报身佛殿顶部为面阔一间、进深一间的法身佛殿，柱头、补间为一斗三升式斗栱。

悬空寺有建筑油饰彩画约1821.5平方米，壁画面积约31平方米、造像包括彩绘木骨泥塑造像63尊、其它材质造像16尊（其中明代脱纱造像3尊）、金石文物14件（碑9通、碣4方、经幢1件）、石刻13处、匾额2处，以及北魏栈道、“云阁虹桥”遗址、遗迹等绵延133米。除石质造像为北魏时期遗存外，其他多为明、清时期遗物。

悬空寺周围的金龙峡内，尚有诸多景观，被称为“悬楼十二观”，即：空中色相、龙虎捍门、飞檐挂月、钟瀑和鸣、太白醉书、霞客观止、蜃楼水帘、素裹红装、神鹰守洞、仙鹤云翔、绝壁飞虹、宝寺佛光。其中，仙鹤云翔指的是悬空寺对面绝壁高处的石窟，是白马寺遗址，如今这些石窟已成为仙鹤的窝。

每年农历四月初七、初八是浑源县传统的“四月八”恒山庙会，庙会期间，悬空寺景区推出了相关的门票优惠政策。

庙会期间，恒山山上正殿、九天宫、真武庙等各个庙宇祈愿祈福、传统祭祀等活动此起彼伏，善男信女祈愿国泰民安、风调雨顺、五谷丰登；此外，恒山还开展了“跑旱船”、“耍故事”等民俗文化表演。

“四月八”恒山庙会是古老的民俗文化活动，属于北岳宗教传统文化的延续。四月初八是传说中佛祖释迦摩尼的生日，作为历代皇帝封禅祭祀的中华国山和道教圣地的北岳恒山，却以这一天作为传统庙会的举办日，是恒山“和文化”的重要体现。据传，北魏文成帝拓跋浚即位后，提出了三教合一的思想，有诗云：音亦可观，方信聪明无二用，佛能称士，须知儒释道本同源，他认为佛道同源同根，从那时起就在恒山开始举行“四月初八”庙会活动。

还有一种说法是延续千年的“四月八”恒山庙会与道教高人葛玄葛仙翁有关，即四月初八为葛仙翁圣诞日。葛天师，仙公讳玄，字孝先，与张道陵天师、许逊天师、萨守坚天师合称道教四大天师。传说，葛仙翁在恒山修行时，以豆面、苦菜酸水等食材制成了一道色香味俱佳的美食，且该美食对治疗暑病有着奇效。后来葛仙翁功圆飞升，当地人便把这个美食称为“小媳妇凉粉”，并于每年四月初八葛仙翁圣诞日在恒山举办盛大的庙会。此后，恒山四月初八庙会也逐渐发展成为一个集文化、商贸、娱乐为一体的盛大活动。

1978年，重修栈道，并于次年对全寺进行了油漆彩绘， 并对一些残缺塑像进行修补。

1983年，对悬空寺寺下岩石风化进行了围岩加固；1985年整修了山门外的石阶；1994年，修缮悬空寺的屋顶、 维修楼板。

2007年，山西恒山管理委员会针对悬空寺游人日益增多、古建筑不堪重负的现状，采取保护措施，严格控制寺内客流量，规定同时登寺的游客不超过80人。同年9月，恒山管理委员会对悬空寺进行投资近千万元的环境综合治理工程结束，拆除恒山水库输水废渠300余米，清除恒山水库、恒山隧道施工遗留的工程废渣废料及经年河床淤泥20万立方米，悬空寺距离谷底的高度重新“回”到80米。

2013年10月，有媒体报道称山西悬空寺所在山体被挖，开挖处距悬空寺直线距离2.5千米。浑源县相关部门紧急采取措施，一是取缔该处偷挖点，同时对全浑源县所有涉矿点土小炉窑开展地毯式排查，严厉打击私挖滥采和土小炉窑；二是制定复垦方案，积极筹措资金，按照年度复垦计划，尽快恢复治理。

2015年10月1日，当天一块落石砸到悬空寺鼓楼上的吻兽。为保证游客安全，恒山景区管委会决定暂时关闭悬空寺。随后，国家文物局和山西省有关部门紧急调拨资金，正式启动了寺天沟修缮保护以及排险工程。其中，天沟修缮时，将多年积累的碎石装袋清出300多吨，随后对其进行了加宽和延伸，把它的高度提升到了1.2米,同时在其两侧各延伸了50米，并建设了一条崭新的天沟，进一步增强了悬空寺抵御落石的能力。

2016年4月，北岳恒山悬空寺文物修缮及危岩排险工程已进入尾声，景区于五一重新向游人开放。

2018年9月，悬空寺进行为期一个月的封闭施工，主要对悬空寺本体进行油饰彩绘。

2019年4月，悬空寺完成高精度实景三维模型的建立工作，使其变成真正能传承万年的数字资产。

2022年，山西为打造优质景区，引领旅游品质提升，实施“9+13”龙头景区梯次打造培育计划，并进一步实施A级景区倍增计划，计划打造恒山-悬空寺等13家重点景区。

2023年6月22日起，悬空寺景区试行“分时段预约、分时段入园、非预约不接待”的接待模式，游客须在开园前通过网络预约平台实名预约，没有预约的游客景区将不予接待。

悬空寺景区及周边地带的非物质文化遗存较为丰富，包括恒山山岳崇拜、北岳神祭祀文化、民俗信仰社会活动与崇拜、民间传说故事、民间歌谣等内容。

民间传说故事——悬空寺悬空之谜，即《中华寺庙文化撷萃》记述了工匠建造悬空寺的过程，以及寺院为何悬空而立的故事。

在现今悬空寺所处的天然凹槽处，工匠们首次从高处悬下，利用工具扩大凹槽，凿出一个可以施展的平台；再在平台上凿出巨大的石孔，石孔内大外小，深达数米；再选用质地坚硬、用桐油长时间浸泡的铁杉木，在铁杉木的一头预先打上了楔子，当这些木材插入石孔，楔子便会将木材撑开，恰好卡在内大外小的石孔内，等同于现代的“膨胀螺钉”，且这些木材超过三分之二的长度深入山体，以岩石平台为支点，每根可以承受数吨的重量；然后工匠们以打入石孔的铁杉木为横梁，横梁上设立柱，立柱上再搭梁、枋，利用中国传统的榫卯梁架组合，将建筑材料拼接为一体；有了框架之后，接连铺设屋顶、门窗、栏杆便可；而在殿阁内部，为了获取更大的空间，工匠们向山体一侧继续挖掘出石窟，窟连殿，殿连窟，形成木结构高空摩崖建筑。

民间歌谣——马尾吊寺是浑源当地民间歌谣：悬空寺、半天高，三根马尾空中吊。形容悬空寺建筑的险峻奇巧。

1956年，悬空寺被列为山西省重点文物保护单位。

1978年，悬空寺隶属新成立的恒山文物管理所。

1982年，悬空寺被列为全国重点文物保护单位。

悬空寺是北岳恒山第一景，所属的恒山于1982年被国务院公布为首批国家级重点风景名胜区，于2002年被评为国家4A级旅游景区，于2009年被成功列入“国家自然和文化双遗产名录”“世界自然和文化遗产预备名录”。

2010年，《时代周刊》将悬空寺纳入“全球十大奇险建筑”，与意大利的比萨斜塔齐名。

2013年，悬空寺入选首批“山西文化记忆”项目。

2022年，浑源悬空寺等十五处全国重点文物保护单位保护规划公布。

悬空寺选址于北岳恒山磁窑峡谷唐峪河边，是沟通华北内地与蒙古高原的千年古道之上的重要文化节点。寺内历史文化遗存积淀厚重，寺文化多元融合兴盛不衰，展示了不同历史时期寺庙格局、建筑技术、造型艺术、宗教文化、社会习俗等的发展演变状况，具有独特的历史见证意义和历史文化价值。

悬空寺内以窟龛和彩塑为主的各类宗教造像集中体现了千百年来晋北地区的地域艺术风格与美学特征，具有较高的艺术价值。三教殿内造像为明代中晚期晋北地区社会文化交流融合研究提供了重要实物资料，大雄宝殿内三尊脱纱造像是中国南北地域佛教艺术品与艺术风格交流的重要实证，具有较高的艺术价值。

悬空寺选址于翠屏峰一侧的峭壁上部，崖壁微呈内凹弧形，其上有突出的崖体遮护，两旁突出的石壁减少了大块落石对建筑的撞击和阳光的直射，同时缓解了风势，减轻了对悬空寺建筑本体的风蚀威胁。此外，每逢暴雨倾盆，雨水便从寺顶突出的岩石上落入谷底，避免了雨水对建筑群的侵蚀；该寺居高临下，外部悬空，脱离河床，可有效防止山洪侵袭。东侧天峰岭可有效遮蔽阳光，减少西晒日照时间，降低温度与辐射造成的损害。以上种种科学利用自然山水环境与巧于借力、精于营造的技术措施，集中体现了古代匠师在传统建筑营造时的选址智慧与择地观念，具有很高的科学价值。

悬空寺是浑源县及周边地区广大民众每逢岁时节令举行庙会的重要公共场所，以正月初八的“悬空寺拈香”、“纨扇风葫芦”、“马尾吊寺”等民间习俗与传说故事为典型，是恒山古老祭祀文化、民俗文化的重要标志，并成为享誉国内外的重要历史文化游赏胜地，社会文化积淀深厚，具有很高的社会文化价值。

此外，悬空寺所在磁窑峡是北魏以来华北平原连接蒙古高原的重要文化通道，集聚了汉民族与少数民族相互融合的历史文化内涵和历史信息，现今悬空寺的非物质文化遗产活动中仍传承着少数民族的文化元素。