Theo truyền thuyết, nhân chuyến chu du qua đất Vân Già, địa thế hun đúc mạch linh thiêng, mây che rợp bóng, Sơn Tinh bèn dựng hành cung đặt tên là Vân Già đông thần cung để ngự và nghe những lời tâu bày của thiên hạ,đồng thời để kỷ niệm những chiến công. Văn bia Vân Già đông thần cungdựng ở đầu hồi nhà tiền bái được làm năm Tự Đức thứ 36 (1884) còn ghi lại sự kiện này.
Trên thực tế, quá trình biến đổi quy mô Đền Và gắn liền với giai đoạn phát triển thương nghiệp ở thời Mạc và đầu thời Lê trung hưng, sau này là sự ra đời và đô thị hóa tỉnh lỵ ở thời Nguyễn. Năm 1820, trụ sở tỉnh lỵ đặt tại xã Thuần Nghệ. Năm 1822, Minh Mệnh hạ lệnh xây thành Sơn Tây, đến năm 1831, tỉnh lỵ chuyển về thành Sơn - cách Đền Và 2km về phía đông. Sơn Tây có vị trí địa lý, giao thông thuận lợi, có quốc lộ 32 nối thẳng tới Hà Nội (42km), qua cầu Trung Hà nối với Phú Thọ, rồi lên Việt Bắc, theo đường 21 đi Xuân Mai, rồi theo quốc lộ 6 lên Hòa Bình, Tây Bắc… Nơi đây cũng thuận tiện giao thông đường thủy, phía bắc thị xã giáp với sông Hồng có bến cảng tàu, có thể ngược lên Việt Trì hay xuôi xuống Hà Nội, Hải Phòng, qua cầu Trung Hà. Từ lâu Sơn Tây đã trở thành một trạm trung chuyển hàng hóa đối lưu giữa miền núi rừng và các trung tâm buôn bán miền đồng bằng.
Tới TK XIX, trước cảnh triều đình nhà Nguyễn bất lực trong việc cai trị đất nước, nạn ngoại xâm đe dọa khiến tầng lớp quan chức mất lòng tin vào các hệ tư tưởng chính thống, họ đi tìm sự an ủi ở tín ngưỡng bản địa, vì thế, đã phần nào góp cho sinh hoạt tín ngưỡng ở Đền Và thêm sầm uất và việc hưng công tu tạo, mở rộng quy mô đền. Năm 1883 - 1884 các quan đầu tỉnh đứng ra kêu gọi lòng hảo tâm quyên góp tài lực để tổ chức tu bổ lớn Đền Và. Tuy bia Vân Già đông thần cung không ghi rõ việc xây dựng, song căn cứ vào số tiền công đức là 2.566 quan, 4 đồng tiền vàng, 2 lượng vàng, 52 cây gỗ lớn và 3.000 phiến đá ong chưa kể đến những người chỉ ghi tên mà không ghi số tiền, có thể ước đoán việc xây dựng lại đã được thực hiện ở toàn bộnhà tiền bái, sửa nhà chữ công, nghi môn, xây bức tường bao đá ong và một số công trình phụ khác. Trong số tiền công đức đó, các quan đầu tỉnh có 500 quan, một bá hộ tên là Lý Mậu Ký cung tiến 1.000 quan.
Hiện nay ngôi nhà chữ công vẫn còn các đầu kìm, đầu guột, rồng khúc nguỷnh, gạch bờ nóc... bằng gốm, thuộc TK XVI-XVII, chứng tỏ ngay từ cuối thời Mạc tòa nhà này đã khá bề thế. Và kiến trúc hiện còn tất yếu mang phong cách nghệ thuật của nhiều thời kỳ từ cuối TK XVI, đầu TK XVII kéo dài đến cuộc đại tu vào đầu TK XX. Một minh chứng cụ thể là bốn chiếc cột nhà chính, chữ công, khắc rõ năm thay thế: Duy Tân cửu niên (1915) ở cột trái hậu cung và cột phải gian ống muống, Khải Định Kỷ Mùi (1919) ở cột phải hậu cung và cột gian nhà ngang ngoài.
Ngoài ra, căn cứ vào dòng chữ trên câu đầu, thì ít nhất trong TK XIX và XX nhà tiền tế đã qua 3 lần tu sửa: năm Minh Mệnh thứ 10 (1829) tu tạo, năm Thành Thái thứ 14 (1902) đại tạo, năm Bảo Đại thứ 7 (1932) tu tạo. Cũng năm 1932, nhân dân còn làm thêm hai dãy nhà tả vu và hữu vu kế tiếp gác chuông, gác trống kiểu chồng diêm hai tầng tạo thế đăng đối cho đền. Mặt khác, do người về dự lễ hội ngày một đông cùng với nhu cầu phục vụ tín ngưỡng, nên nhà đền cùng dân sở tại đã làm thêm hai tòa nhà sau tả vu và hai tòa nhà sau hữu vu để phục vụ khách hành hương.