Trong suốt những năm trị vì, nhà Lý đã cho xây dựng nhiều công trình Phật giáo: chùa Thắng Nghiêm, Chân Giáo, Một Cột (Diên Hựu), chùa Báo Thiên và tháp Báo Thiên… Trong đó hai công trình được đánh giá là có giá trị về kiến trúc tôn giáo, đó là chùa Một Cột và tháp Báo Thiên.
Chùa Một Cột có dáng dấp của một tòa sen đang nở trên mặt hồ. Ngôi chùa được xây dựng từ giấc mơ của vua Lý Thái Tôn gặp Đức Phật Quan Âm. Toàn bộ ngôi chùa đặt trên một cột đá có mộng để đỡ 8 công xôn kép.
Mỗi công xôn lại bao gồm hai thanh dầm công xôn ngang và một thanh chéo được liên kết mộng và một giằng đứng. Chi tiết của cột và lan can phía trên mảnh, nhẹ và đơn giản. Mặt bằng vuông đối xứng nên trên mái cũng vuông nhưng hình thức mái lại không đối xứng mà mái chính lớn hơn theo hướng nam – bắc. Theo các nhà nghiên cứu thì các nhà xây dựng đã tính đến hướng gió cho công trình.
Năm 1105, chùa được sửa sang lại và người ta xây thêm hành lang, các công trình quanh hồ khiến cảnh quan thiên nhiên và chùa hòa quyện với nhau. Thực ra ban đầu, chùa có kích thước lớn hơn hiện nay. Sau khi được xây dựng lại, cột đá đỡ chùa có đường kính 1,25m, chiều cao chưa kể móng là 4m, kích thước mặt ngôi chùa phía trên là 3x3m.
Huyền Quang đã có bài thơ về chùa Một Cột còn lưu truyền đến ngày nay:
Gian chùa đêm thu một tiếng chuông
Trăng như giếng nước lá bàng đỏ thắm
Chim muông co ro ngủ, in mặt gương trong lạnh lẽo
Đôi tháp song song, ngọn sáng ánh lên như ngọc lạnh.
Chùa Báo Thiên và tháp Báo Thiên được vua Lý Thánh Tôn xây dựng, được coi là đài kỷ niệm thắng lợi trong việc ổn định đất nước trước thế lực trong và ngoài nước khi ngài lên ngôi. Đặc biệt nhất trong công trình tôn giáo này phải kể đến tháp. Tháp cao 12 tầng với chiều cao ước khoảng 60m, nằm sừng sững bên hồ Lục Thủy. Đáy tháp có 4 cửa và bên trong tầng 1 có 8 pho tượng đá. Như vậy diện tích mặt bằng phải rất rộng. Tầng tháp trên cùng được làm bằng đồng. Do tháp cao và phần trên bằng đồng kim loại nên bị hư hỏng vào năm 1258 và sét đánh năm 1322.
Tháp Báo Thiên còn gọi là Đại thắng Tu thích Bảo tháp. Công trình to lớn này đã được xếp vào “tứ đại khí” thời Lý. Vật liệu xây chùa và tháp bằng gạch và đá. Sau này nhờ phát hiện ra các viên gạch ghi “Lý gia đệ tam đế Long Thụy Thái Bình tứ niên tạo” nên đã xác định được chùa và tháp được xây dựng vào năm 1057. Thế kỷ XIV, quân xâm lược nhà Minh đã phá hỏng và trên nền tháp hiện nay là khu vực Nhà thờ lớn Hà Nội.
