明清时期，广化寺“殿堂廊庑，规模宏大”，为京都有影响的佛刹。二十世纪六十年代，从大雄宝殿丹墀下发掘了两通断残石碑，一通是明弘治十年(1497年)立的《敕赐广化寺记》碑，仅存上面几句引文依稀可见，为研究广化寺的创建提供了宝贵的历史资料。另一通《正宗记》，明成化二年(1466年)建立，万历二十六年(1598)重修，刻有“广化寺开山第一代住持灵济号大舟”至第五代住持圆环及其弟子一百多人的道号法名。另一面记有明成化四年(1468年)“礼部为乞恩事，于内府抄出内官监太监苏诚题有宛平县日中坊原有古刹墓址一处，□将自己财物并募缘修善佛殿□□已完见有僧，人灵济领众居住，缘无寺额，”奏请“圣恩怜悯乞赐寺额”。可见，明朝初年寺废，天顺至成化年间予以重修。由于得到内府太监苏诚的资助，重修后的广化寺规模宏大。另据寺内现存明万历二十七年(1599年)的《弥陀会记)碑记载：此时的广化寺成为净土宗道场，住持圆环率众举行了盛大的陀弥法会，盛况空前。

    清道光年间(1821－1850年)的《请书碑》中记载：广化寺“殿堂廊庑，规模宏大”，当时住持广殊法师敦请自如和尚任方丈，从此，广化寺成为“十方寺”。自如方丈圆寂后，印法法师继任方丈。自道光六年(1826年)始，历二十年，募资重修了殿堂僧舍。正如《道咸以来朝野杂记)所载：“后海北岸之广化寺，古刹中之新者。闻光绪韧年残败殊甚，后募化于恭邸，为之重修正院殿宇。”

    清末民初，广化寺一度成为京师图书馆。1908年，张之洞将个人藏书存放寺中，奏请成立京师图书馆。次年获准，清政府派缪荃孙主持建馆事务。中华民国成立后，教育总长蔡元培派江翰任京师图书馆馆长，次年开馆接待读者。不久迁馆它处，广化寺又恢复为佛教寺庙。