“先有佛光寺，后有五台山”这是当地人的一种说法。说法从另一个方面证明了，佛光寺修筑年代的久远。而发现这种久远的，是中国建筑界的模范伉俪梁思成、林徽因夫妇。
当时，有日本学者断言，中国境内已无唐代木制建筑。梁林夫妇夫法接受这个断言，于是踏上了寻找中国唐代建筑的发现之旅。从1932年到1937年初，梁林夫妇率领中国营造学社的成员在中国实地考察了137个县市、1823座古建筑。后来在一次敦煌考察时，在61号洞看到了一幅“五台山图”，上面有一座叫“大佛光之寺”引起了他们的注意，于是他们第3次来到了山西，按图索骥终于在五台山重新发现了这座填补了我国古代建筑史上关于木质建筑空白的寺院。
佛光寺院曾经香火鼎盛，信众来往如潮，在“会昌灭佛”的运动中，自然也遭遇到焚毁，仅存了一座六角形的祖师塔，为北魏遗物。武宗死后，唐宣宗复兴佛法，于大中十一年（857）在原址上重建佛光寺，并一度恢复了昔日盛景。但终因其地处偏远，至清末逐渐被荒芜遗忘。正是这种遗忘，仿若凝固了时光，定格了盛世的繁华，完整地保存了唐代建筑构架。其唐代建筑、唐代雕塑、唐代壁画、唐代题记，被梁林二人称之为“唐代四绝”。
梁思成曾发文说：“这是我们这些年里搜寻中所遇到的唯一唐代木结构建筑。不仅如此，在同一座大殿里，我们找到了唐代的绘画、书法、雕塑和建筑，其中的每一项都是稀世之珍，集中在一起，它们是独一无二的”，称它为“中国最古老的木构建筑”。
这座最古的建筑就是五台山的东大殿，建于唐大中十一年（857），是唐朝长安一位叫宁公遇的女信徒捐资修建的。东大殿是该寺主殿，位于最上一层院落大殿，殿前依地势用片石垒砌着十米多高的基座，其上再筑九十厘米高的台基，大殿面宽七间，进深四间。用梁思成先生的话说，此殿“斗拱雄大，出檐深远”，是典型的唐代建筑。殿前有一座唐代金幢，为大中十一年(857)镌，其轮廓秀美，雕工精致。幢总高 3.2米，下设束腰六边形基座，刻有狮兽壶门及仰覆莲瓣，幢身刻佛顶尊胜陀罗尼经，末尾刻有“女弟子佛殿主宁公遇”之名。殿内坛上有唐代彩塑35尊，其中，释迦牟尼佛、弥勒佛、阿弥陀佛、普贤菩萨、文殊菩萨及胁侍菩萨、金刚等塑像三十三尊。另有两尊塑像，一尊是建殿施主宁公遇的，一尊是建殿主持者愿诚和尚的。当年林徽因还与之照了个合影，大概心底也感谢这位女施主的发心，给我们留下这华丽一堂的精妙艺术作品。此外，大殿西侧和后部，还有明代塑造的罗汉像二百九十六尊。这些罗汉像原为五百尊，1954年因雨水冲蚀，被倒塌的后墙压坏了一部分。
东大殿的墙壁上，还有唐代壁画十余平方米，内容均为佛教故事。上千个人物，连同他们的饰物、衣纹，画得都很细腻。庄严的佛像，慈善的菩萨，威武的天王，多姿的飞天，虔诚的信徒、供养人，画得都很生动。衣带飘动，拂袖潇洒，体现了唐画的风韵。
唐代金幢
更为称奇的是殿外唐代金幢上、殿内梁下彩绘与殿坛上释迦牟尼佛、弥陀佛、阿弥陀佛三像相应，呈放射性对应状态。
大殿的左右四根梁下，还有不少唐朝人留下的题记。“敕河东节度观察处置等使检校工部尚书兼御史大夫郑”、“功得主故右军中尉王”、“佛殿主上都送供女弟子宁公遇”等等，人们通过这些唐人字迹，猜测着佛光寺的前世今生。专家和学者们认为，佛光寺是一座敕建寺院，佛光寺的功德主、右军中尉是唐宣宗时期的宦官王元宥，其统领着唐朝京师神策营右军9万人马，可以说西安城一半的命脉掌握在他的手里。自“安史之乱”后，皇帝倚重身边的宦官统领神策军，因此这位功德主是一名宦官。
20世纪80年代初期，人们在大殿门板后面发现了唐朝人游览佛光寺的留言。文殊殿是一座辽金建筑，殿顶琉璃宝刹形制秀丽，色泽浑厚有力。殿面佛坛上塑文殊菩萨及侍者塑像6尊，主像文殊菩萨骑狮，两旁有4位侍从像，是与建筑同时的作品，殿内四周墙壁下部，绘有五百罗汉壁画，是明宣德年间的作品。
在佛光寺东大殿南侧，是北魏孝文帝时佛光寺的初祖禅师塔，塔身两层，从外观形制及局部装饰，都是北魏遗构。在佛光寺东山腰和西北塔坪有4座墓塔，手法古老，形制特殊，为唐塔中所罕见。唐代古塔流行四方、圆形两种，而在佛光寺发现了八角形、六角形，其中的志远和尚塔为国内孤例，八角形基座，上砌圆形覆钵式塔身。另外还有一座六角形古塔。