西晋
公元265年（晋泰始年），据《法苑珠林》记载，在黄河北岸大寺沟的峭壁之上开凿。
南北朝
公元420年（西秦建弘元年），分上下四层，正式建立。
隋代
不断的开凿、营建、修葺、扩建。
唐代
不断的开凿、营建、修葺、扩建。
五代
不断的开凿、营建、修葺、扩建。
元代
不断的开凿、营建、修葺、扩建。
明代
公元1403年（明成祖永乐年间），格鲁派成为对炳灵寺影响最大的教派。被明成祖封为“大慈法王”的宗喀巴第四大弟子绛钦却杰代表宗喀巴进京朝觐时，两次路过炳灵寺，宣讲佛法教义。其后在一系列的弘法活动中，对炳灵寺的寺院建筑、洞窟、壁画等进行了重修、重绘。格鲁派壁画在炳灵寺重绘的窟龛中占了百分之八十以上。并且，还重新开建了一些新的洞窟。
清代
公元1639年（顺治二年） 形成了上下寺之分，上有一千，下八百僧众之说。确立了藏传佛教活佛转世体系，寺内佛殿以及经堂密布，僧舍，僧人巨增。盛况空前。
现代
1952年9月，中华人民共和国成立之后，中央人民政府文化部组织中央美术学院、西北军政委员会文化部和敦煌文物研究所三个单位对炳灵寺石窟作了全面细致的勘察和了解。并首次对石窟下寺区洞窟初步编124个窟龛。 1953年10月，中央人民政府文化部在北京中国历史博物馆举办了“甘肃省炳灵寺石窟图片展览”，展出了勘察团在考察中临摹的绘画和拍摄的照片共173件。 1955年5月，永靖县炳灵寺文物保管所成立。结束了炳灵寺石窟长期无人管理的年代，并对有价值的洞窟一一进行编号。 1961年3月4日，国务院正式公布炳灵寺石窟为第一批全国重点文物保护单位。 1963年4月至5月，甘肃省文物工作队与炳灵寺文物保管所对炳灵寺石窟进行第二次勘察，而且第一次登上了最高的169窟。在第6龛发现了西秦建弘元年（公元420年）墨书造像题记。 1967年修筑石堤护卫窟群。 1982年架起了沟通大寺沟两岸的拱形水泥大桥。 1999年国家又花巨资进行了石窟维修加固和渗水治理工程。
