玄奘生於公元600年，13歲在洛陽淨士寺出家，16歲到21歲在成都生活、受，成為一名正式的出家人。21歲後離開成都，從湖北繞道長安，之後由長安到印度求學，歷時17年。玄奘晚年一直在長安譯經。唐高宗麟德六年(664年)圓寂。唐高宗驚悉，憂傷難抑，三天不上朝，認為大唐痛失國寶，賜葬在陝西銅川玉華宮。唐高宗每日早朝都能看見唐僧墓地，悲傷難癒。三年後，大臣擔心皇帝悲傷過度，建議賜遷墓地到白鹿原，後來奉旨葬在陝西樊川平原的興教寺。
唐僖宗廣明元年(880年)黃巢起義，興教寺的三藏舍利塔被毀，唐僧頂骨暴露出來。此時恰逢一出家人發現，心中無限傷感。他收拾好頂骨，背至終南山紫閣寺中，建一塔供奉頂骨，並刻下碑文說明其中原委。此後一段時間，唐僧頂骨一直供奉在這裡。
南宋《建康志》卷四十六記載：“端拱元年，僧可政王終南山，得唐三藏大遍覺玄奘頂骨，為建塔歸於寺。”元《金陵志》記載：“塔在寺之東，即葬唐三藏大遍覺玄奘法師頂骨所，金陵可政和尚於宋端拱元年得之於長安終南山紫閣寺。”其紫閣寺一句，確切表明南京所藏玄奘頂骨，來源於終南山紫閣寺。
北宋太宗端拱元年(988年)，南京天禧寺住持演化可政大師朝山時，又在毀於戰禍的紫閣寺內發現玄奘頂骨。他看了碑文得知是唐僧頂骨當即哭倒，於是又將頂骨與碑千里迢迢地一同背回南京，葬於天禧寺內。
到了明朝洪武十九年(1386年)，唐僧頂骨被遷葬在天禧寺之南，並建三藏塔供奉。明成祖永樂六年(1408年)天禧寺毀於大火，明成祖再建大報恩寺，並繼續供奉玄奘頂骨。
清朝末年，大報恩寺又毀於太平天國戰禍，因三藏塔建有地宮，並未全毀，但自此，玄奘頂骨便埋沒了一百多年，在歷史煙雲中鮮為人知。 1942年2月23日，當時篤信佛教的日軍隊長高森隆介在南京中華門外雨花台旁建神社時，無意中挖掘到地宮，並從中找到一只錦盒，裡面密藏著唐僧頂骨。
在挖掘地發現的石函內，有眾多佛像、佛器及珠寶，石函兩側刻有記載唐僧頂骨遷移的淵源文字，與文獻所記載一模一樣。
石函一側有銘文：“大唐三藏大遍覺法師玄奘頂骨，早因黃巢廢塔，今長干演化大師可政於長安傳得，於此葬之。天聖丁卯 二月五日 同緣弟子唐文遇、弟文德、文慶、弟子丁洪審、弟子劉文進、弟子張靄。”
另一側的銘文為：“玄奘法師頂骨塔，初在天禧寺之東崗，大明洪武十九年受菩薩戒弟子廣福……普覺遷於寺之南崗三塔之上……”這些在《建康志》、《新金陵志》上都有記載。人們這才確信，錦盒裡保存的真的是唐僧頂骨。石函出土後，陪葬品被哄搶一空，日寇將唐僧頂骨打碎成多份掠至日本。
玄奘頂骨重現於世，卻又落入日本人手裡，中國要求歸還的呼聲日益高漲。20世紀40年代初，經汪精衛偽政府交涉，日方私自留下其中1份，剩下的歸還中國。根據文獻記載，迎回中國的玄奘頂骨共有6份，分配到全國5個城市。其中廣州分得1份、天津1份、北京1份、南京2份。因成都是唐僧的受戒地，固分得1份，收藏在文殊院。
南京分得的2份，一份埋在玄武湖邊的小九華山寺七層寶塔中央 三米 深以下，和保存在南京博物館。20世紀80年代初，中山陵旁的靈谷寺開放後，又將保存在南京博物館的頂骨移至靈谷寺供奉。為了妥善保存頂骨，寺方特別將頂骨置於真空玻璃器皿中，外罩佛教協會贈送的十三層簷(楠)木塔。由於這座木塔原是北京廣濟寺供奉佛牙所用，所以又名佛牙塔。
北京當年迎請的那1份玄奘頂骨舍利后來被一分為四，其中1份1957年被轉贈給了印度總理尼赫魯，如今仍安放在印度那爛陀寺玄奘紀念堂中。反而是北京分得的頂骨後來在文革中散失，廣州分得的頂骨也最終不知去向。
日本私自留下的1份頂骨，後來分成3份。在 1953年秋天，由章嘉大師、印順法師及 李天春 居士向日本爭取，其中1份歸至台灣日月潭修建的玄奘寺供奉。日本留下的兩份分別供奉在奈良市的藥師寺和琦玉縣的慈恩院。
1999年，中國將供奉在南京靈谷寺珍藏、保存得最為完整的玄奘頂骨，分了1份長2.8厘米、寬1.79厘米、厚1.42厘米的舍利。贈送給台灣，供奉在台灣新建的玄奘大學。2003年11月，西安大慈恩寺為紀念玄奘大師誕辰1400周年，又從南京靈谷寺迎請了玄奘大師的頂骨舍利供奉。
