Đến thời Hồng Đức (1470-1497), vua Lê Thánh Tông đã cắt một nửa phần đất làng Trích Sài (khoảng 80 mẫu) ban cho thứ phi Phạm Thị Ngọc Đô cùng 24 thị tì rời kinh thành, lập nên trang ấp Thiên Niên. Tại đây, bà đã cho xây chùa, miếu và dạy cho người dân trong vùng nghề trồng dâu, nuôi tằm, dệt lĩnh. Sau này, để tưởng nhớ công ơn, người dân phong bà là “Bà chúa dệt lĩnh” và phối thờ cùng các vị Phật khác trong chùa. Đến thời Minh Mạng (1820-1840), Thiên Niên được nhập vào làng Trích Sài. Bởi vậy, người dân quen gọi ngôi chùa này là chùa Thiên Niên Trích Sài.
Chùa Trích Sài là một trong những công trình kiến trúc đẹp, gồm các hạng mục: Tam quan, sân vườn, nhà Mẫu, nhà Tổ, tang phòng, bếp và vườn tháp. Tam quan chùa có hai tầng mái, với lối kiến trúc kiểu cổng thành, gồm 3 cửa. Đề tài trang trí chủ yếu là các hoa văn hình rồng, lá cúc, vân triện hóa hổ phù... Chùa chính có kết cấu theo kiểu chữ Đinh, gồm tiền đường và thượng điện. Tiền đường được xây trên nền cao hơn 60cm so với sân vườn, 4 mái lợp ngói ta, bờ nóc thẳng, giữa đắp nổi 3 chữ: “Thiên Niên tự”. Thượng điện gồm 4 gian dọc nối với tiền đường theo kiểu giá chiêng chồng rường. Từ ngoài vào có xây các bệ gạch, hai bên là các bệ đặt tượng 10 vị Thập điện. Trên tam bảo là hệ thống tượng Phật Niết bàn, bộ tượng Cửu Long, Quan Âm tọa sơn, A Di Đà... Cuối cùng là gian nhà Tổ, nhà Mẫu nối dọc với thượng điện nhìn ra hồ Tây.
Trong chùa Thiên Niên hiện còn lưu giữ nhiều hiện vật quý như 34 pho tượng tròn có niên đại từ thế kỷ XVIII - XX; 7 bia đá, trong đó tấm cổ nhất có niên hiệu Vĩnh Thịnh thứ năm (1709), và một tấm bia soạn khắc vào năm 1901...
Năm 1992, chùa Trích Sài được xếp hạng là Di tích nghệ thuật quốc gia.