正觉寺建于唐开元年间,初名开元寺,乃大夫李遵旧宅,寺内旧有铜模唐明皇像。宋代改名正觉寺。清乾隆三十八年(1773年)建成改为喇嘛寺,成为清帝御园圆明园附属的佛寺,是圆明园唯一幸存的古建筑群。
正觉寺,坐北朝南,前后殿宇五进,整座寺庙以排列在南北轴线上的殿宇为主体。自山门而入,两侧有钟、鼓楼,中路主要建筑依次为天王殿、三圣殿、文殊亭和最上楼。东侧有独立的僧房小院,僧房8座计22间。最上楼北小院有一门,此门可以直接出入绮春园。
正觉寺山门三间,门外檐石刻“正觉寺”匾,为乾隆皇帝御书,汉、满、藏、蒙四种文字合璧,内供奉哼哈二将,即“金刚力士”。山门内,东西有钟、鼓楼,楼前设旗杆一对。
三圣殿为正觉寺的正殿。正殿七间,殿为三进深,前后有廊,并接后庑殿三间。大殿前月台上,乾隆四十三年从圆明园舍卫城仁慈殿移来重檐铜鼎炉一件。三圣殿内,供奉的佛像无史料记载。三圣殿东西配殿各五楹,殿顶为歇山顶,殿内塑西藏番佛十尊,现为多个展览的举办地。
三圣殿之北是文殊亭,乾隆年间为八方重檐亭,外檐匾曰“文殊亭”,马首铜像就安放在此。
1860年及1900年,圆明园两度罹劫时,因正觉寺独处绮春园墙外而幸免于难。但据说该寺曾一度为义和团占用。八国联军侵华时,驻在对面朗润园的德军收容所,毁坏了本寺一些门窗和佛像。民国初年,正觉寺被曾任北洋政府代国务总理的颜惠庆购作私人别墅,拆去佛像,改造装修,资遣喇嘛。后又转售清华大学为教职员工宿正觉寺的修缮舍。从70年代起,正觉寺为海淀机械制造厂(今北京长城锅炉厂)等占用。现仅残存山门、文殊亭和四座配殿及26株古树。圆明园管理处从2002年开始对正觉寺进行清理,并委托北京市文物建筑保护设计所对正觉寺的修缮复建进行了设计,正觉寺现已辟为圆明园博物院并对外开放。