12世紀(jì)中葉，真臘國王蘇耶跋摩二世定都吳哥。蘇耶跋摩二世信奉毗濕奴，為國王加冕的婆羅門主祭司:地婆訶羅（Divakara）為國王設(shè)計(jì)了這座國廟，供奉毗濕奴，名之為“毗濕奴神殿”。宋代趙汝適著諸蕃志記載，當(dāng)時(shí)的國都名字“祿厄”。祿厄（Lokor）來自梵文nagara，即都城。

16世紀(jì)，此寺被稱為“Angkor Wat”；“Angkor”，來自nagara，Wat是高棉語中的“寺廟”，“ngkor Wat”即“寺廟都城”。元成宗鐵穆爾在元貞二年（1296年），派遣周達(dá)觀出使真臘。使團(tuán)取海路從溫州開洋，經(jīng)七洲洋（西沙群島海面）、占城、真蒲、查南、半路村、佛村（菩提薩州），橫渡淡洋（今洞里薩湖）至吳哥國登岸。周達(dá)觀和他的使團(tuán)駐吳哥一年。回國后周達(dá)觀寫了關(guān)于真臘風(fēng)土民情的報(bào)告《真臘風(fēng)土記》。《真臘風(fēng)土記》稱吳哥窟為“魯班墓”，又說國王死后，有塔埋葬，可見吳哥寺乃皇陵。

一些學(xué)者認(rèn)為，吳哥窟是蘇耶跋摩二世的皇陵，根據(jù)有三： 一：與吳哥大多數(shù)其他寺廟朝東，面對(duì)朝陽不同，吳哥窟正門朝西，面向日暮；根據(jù)荷蘭考古學(xué)家博施（Bosch）的研究，印度和爪哇的殯葬風(fēng)俗，墓地一律朝西，祭祀的寺廟則朝東。 二：畫廊浮雕反時(shí)針方向排列，是印度教葬禮時(shí)在墓地巡行的方向； 三：吳哥窟畫廊中蘇耶跋摩二世與毗濕奴神相貌相似，暗含日后升天成毗濕奴長駐毗濕奴神殿之意。

元代航海家汪大淵在1330年-1339年間曾游歷吳哥，他稱吳哥窟為“桑香佛舍”，這表明在十四世紀(jì)中葉，吳哥窟已經(jīng)改為佛寺。汪大淵還報(bào)告吳哥窟有“裹金石橋四十余丈”，十分華麗，有“富貴真臘”之語。永樂元年（1403年），明成祖派遣尹綬出使真臘。尹綬從廣州出發(fā)從海道經(jīng)占城，過淡水湖（今洞里薩湖）、菩提薩州、經(jīng)吳哥窟抵達(dá)真臘。尹綬回國后將真臘國的山川、地理和吳哥都城所見，繪畫成圖上呈，明成祖大喜。 暹羅破真臘國都吳哥，真臘遷都金邊，次年，吳哥窟被高棉人遺棄，森林逐漸覆蓋漫無人煙的吳哥。

后來有些高棉人獵戶進(jìn)入森林打獵，無意中發(fā)現(xiàn)宏偉的廟宇，也有一些當(dāng)?shù)氐姆鸾掏皆趶R旁邊搭蓋屋寮居住，以便到廟宇中朝拜，但吳哥遺跡多不為世人所知。1586年，方濟(jì)各會(huì)修士和旅行家安東尼奧·達(dá)·馬格達(dá)連那（Antonio da Magdalena）游歷吳哥，并向葡萄牙歷史學(xué)家蒂歐格·都·科托報(bào)告其游歷吳哥的見聞：“城為方形，有四門有護(hù)城河環(huán)繞……建筑之獨(dú)特?zé)o以倫比，其超絕非凡，筆墨難以形容”。但達(dá)·馬格達(dá)連那的報(bào)告，被世人目為天外奇談，一笑置之。1857年，駐馬德望的法國傳教士夏爾·艾米爾·布意孚神父（Charles Emile Bouillevaux，1823年—1913年）著《1848-1856印度支那旅行記，安南與柬埔寨》，報(bào)告吳哥狀況，但未引人注意。

1861年1月，法國生物學(xué)家亨利·穆奧（Henri Mouhot）為尋找熱帶動(dòng)物，無意中在原始森林中發(fā)現(xiàn)宏偉驚人的古廟遺跡，并著書《暹羅柬埔寨老撾諸王國旅行記》，大肆渲染，他說“此地廟宇之宏偉，遠(yuǎn)勝古希臘、羅馬遺留給我們的一切，走出森森吳哥廟宇，重返人間，剎那間猶如從燦爛的文明墮入蠻荒”，這才使世人對(duì)吳哥刮目相看。法國攝影師艾米爾·基瑟爾（Emile Gsell）是世界上最早拍攝吳哥窟照片的攝影師。

1866年他發(fā)表的吳哥窟照片使人們可以目睹吳哥窟的雄偉風(fēng)采。 1907年，暹羅將暹粒、馬德望等省份歸還柬埔寨。1908年起，法國遠(yuǎn)東學(xué)院開始對(duì)包括吳哥窟在內(nèi)的大批吳哥古跡進(jìn)行為期數(shù)十年的精心細(xì)致的修復(fù)工程。吳哥窟的190米寬的護(hù)城河，如一道屏障，阻擋森林的圍困，因此吳哥窟比其他吳哥古跡，保存得最完整。但仍然雜樹叢生，有些樹根深植入部分建筑物的紅壤磚縫隙，逐漸將縫隙擴(kuò)大，最后將紅壤磚推落，使建筑物坍塌。

修復(fù)工程包括幾個(gè)方面的工作：清除雜草、樹林、積土、白蟻，穩(wěn)定地基，支撐搖搖欲墜的建筑物，然后運(yùn)用考古學(xué)家在希臘雅典和印度尼西亞爪哇等地古跡重建工作中發(fā)展起來的分析重建術(shù)，運(yùn)用在吳哥古跡的重建上。清理吳哥窟的工程在1911年完成。 30年代，開始用分析重建術(shù)復(fù)原吳哥窟。分析重建法要求必須用遺址的原來材料，按原來的古代的建造方法復(fù)原遺址，只有在原物無存的情況下才允許適當(dāng)使用代替物。這項(xiàng)工作到了六十年代曾因柬埔寨政局動(dòng)蕩而停頓，于1990年代重新展開。

吳哥寺在十四世紀(jì)中葉成為大乘佛教寺，因十三世紀(jì)時(shí)真臘國王阇耶跋摩七世奉大乘佛教為國教。十五世紀(jì)初葉暹羅入侵吳哥之后，因暹羅人信奉上座部小乘佛教，吳哥寺變?yōu)樯献�部佛寺。此后吳哥寺一直是上座部小乘佛寺，延續(xù)至今。