Chùa Tường Vân nằm trong vùng gò đồi phường Thủy Xuân, từ dưới dốc Từ Đàm - Nam Giao rẽ về phía Tây, theo đường Trần Thái Tông đi vào khoảng 500m. Tiền thân của chùa là thảo am Tường Vân, do nhà sư Tánh Hoạt Huệ Cảnh lập khoảng năm 1843; cùng thời kỳ này, sư Tánh Huệ Nhất Chơn cũng dựng thảo am Từ Quang cách đó không xa. Sau khi sư Tánh Huệ viên tịch, am Từ Quang được giao cho nhà sư Hải Toàn Linh Cơ, đệ tử của sư Tánh Hoạt. Năm 1869, sư Hải Toàn Linh Cơ đã hợp nhất hai thảo am trên địa điểm am Từ Quang để lập chùa, nhưng lấy tên là chùa Tường Vân (đất am Tường Vân cũ được nhường lại cho Tùng Thiện quận công làm khu lăng mộ).
Năm 1881, chùa được Hoàng Thái hậu Trang Ý (bà Vũ Thị Duyên, Chánh phi của vua Tự Đức) hỗ trợ trùng tu; năm 1890 được Thái hoàng Thái hậu Từ Dũ (mẹ vua Tự Đức) và các cung nữ tài trợ trùng tu, được Tuy Lý quận công viết bài văn bia “Trùng tu Tường Vân Tự bi” khắc dựng năm 1892. Năm 1896, chùa được vua Thành Thái ban biển hoành “Sắc tứ Tường Vân Tự”. Sau này chùa còn được đại trùng tu nhiều lần vào các năm 1972, 2013 - 2015. Ngôi chùa nổi tiếng này là nơi Đại lão Hòa thượng Thích Tịnh Khiết, Hội chủ Tổng hội Phật giáo Việt Nam từ năm 1951, Đệ nhất Tăng thống Giáo hội Phật giáo Việt Nam thống nhất ở miền Nam năm 1964, đã từng xuất gia tu học từ năm 1905 và viên tịch năm 1973.
Khuôn viên chùa rộng khoảng 30.000m2, có la thành bao bọc. Cổng tam quan đồ sộ mới xây dựng gần đây, quay mặt về hướng Đông. Vườn chùa rộng, có nhiều loại cây, hoa cảnh, trông trang nhã, thanh u; sân chùa có hồ bán nguyệt, non bộ và chiếc giếng cổ. Các công trình kiến trúc bố trí theo hình chữ khẩu truyền thống: Đại Hùng bảo điện ở mặt trước, bên phải là nhà thờ cố Tăng thống Thích Tịnh Khiết, bên trái là nhà khách, nhà bếp, nhà hậu thờ Tổ và thờ linh...
Chùa Tường Vân còn có khu mộ tháp và nhà lưu niệm, lưu giữ chiếc giường, sách vở, kinh Phật, đồ dùng của cố Tăng thống Thích Tịnh Khiết.
