Sau khi cuộc kháng chiến chống quân Nguyên - Mông xâm lược nước ta lần thứ nhất (1257) thắng lợi, năm 1258 (Mậu Ngọ) vua Trần Thái Tông vừa tròn 40 tuổi đã hoàn thành sứ mệnh tạo dựng nước Đại Việt trở thành một quốc gia văn hiến, cường thịnh. Ông đã nhường ngôi cho Thái tử Hoảng khi đó 18 tuổi lên ngôi và làm Thái Thượng hoàng, chuyền về Vũ Lâm tu hành. Việc xuất gia của ông không có nghĩa là từ bỏ quyền lực của mình. Ông đánh giá quân Nguyên - Mông đã thua quân Đại Việt năm 1257, nhưng đây là một kẻ thù rất mạnh, rất có thể, chúng sẽ sang xâm lược nước Đại Việt lần nữa. Vì vậy, nước Đại Việt phải chuẩn bị củng cố lực lượng, tập hợp quân sĩ, rèn luyện thường xuyên, tích lũy lương thực, sản xuất vũ khí để đề phòng cuộc xâm lược của quân Nguyên - Mông lần thứ 2. Kinh đô Thăng Long thời đó chỉ cách nước Đại Nguyên không xa, là nơi đồng bằng, không có thế hiểm trở núi cao sông dài, lại nằm ở bên tả ngạn sông Hồng, một khi giặc Nguyên - Mông xâm lược lần nữa thì khó giữ, không thể củng cố lực lượng tại Thăng Long được.
Vua Trần Thái Tông cho các quan đi khảo sát tại phủ Trường Yên, cuối cùng đã chọn động Vũ Lâm, hiện là thôn Văn Lâm, xã Ninh Hải, huyện Hoa Lư, tỉnh Ninh Bình, là vùng núi cao hiểm trở để xây dựng Hành cung Vũ Lâm. Nhà vua về đó với danh nghĩa là tu hành, mở đầu cho việc xây dựng Hành cung Vũ Lâm.
Thái Thượng hoàng Trần Thái Tông về vùng núi Vũ Lâm tu hành với tấm lòng hướng Phật, nhưng chính là muốn xây dựng căn cứ địa Trường Yên để chuẩn bị cho cuộc kháng chiến chống quân Nguyên - Mông lần thứ hai. Các vua Trần thời đó đi tu hành, nhưng vẫn quan tâm đến việc đời, việc đạo và đời không tách bạch. Đi tu hành, nhưng Thượng hoàng Trần Thái Tông vẫn chỉ đạo vua Trần Thánh Tông điều hành đất nước, xây dựng Hành cung Vũ Lâm là một hậu cứ vững mạnh.
Năm 1258, vua Trần Thái Tông cho xây một am nhỏ tại chỗ đất cao dưới chân núi phía Đông bên sông Ngô Đồng ở phía trong Hang Cả - thuộc Tam Cốc. Dãy núi nằm bên khu đất đó là núi Vườn Am đã ghi nhận việc vua Trần Thái Tông dựng nhà ở tại đây. Nơi ở đó của vua Trần Thái Tông rất kín đáo, kẻ thù không thể phát hiện và vào được.
Một thời gian sau, thấy ở đó chật hẹp, lầy lội, vua Trần Thái Tông cho chuyển am ra động Vũ Lâm. Động Vũ Lâm thực chất là một thung lũng ở phía Tây Bắc thôn Văn Lâm, rộng khoảng 20 mẫu. Trung tâm của Hành cung Vũ Lâm là am Thái Vi thuộc thôn Văn Lâm, xã Ninh Hải ngày nay. Đây là một địa danh hiểm trở, ba mặt Bắc, Tây, Nam đều có núi đá cao sừng sững bao quanh, chỉ còn mặt phía Đông là không có núi chắn, nhưng lại có sông Ngô Đồng chảy vào. Với vị thế này, am Thái Vi như một pháo đài hiểm trở, mang tính chất một công trình phòng ngự và thuận lợi cả cho việc tiến công.
Hành cung Vũ Lâm có thể nói là "Kinh đô đá", vua quan nhà Trần đã họp bàn đưa ra những quyết sách chiến lược chỉ đạo quân dân nhà Trần chuẩn bị, bố trí lực lượng ở những nơi hiểm yếu để đón đánh quân Nguyên - Mông. Hành cung Vũ Lâm khi đó trở thành trung tâm chỉ đạo, là cơ quan đầu não của cuộc kháng chiến.
Cho đến đời vua Trần Thánh Tông, nơi đây đã xây thêm một số cung điện, một con đường từ làng Văn Lâm vào và xây cầu Rồng đá qua sông Ngô Đồng, gọi là cống Rồng.
Tương truyền, năm 1283, vua Trần Nhân Tông cho xây dựng các phòng tuyến vòng ngoài để bảo vệ am Thái Vi về phía Đông. Ông đã cử Tiến sỹ Đào Dương Bật là người văn võ toàn tài về vùng đất thôn Đông Trang, xã Ninh An, huyện Hoa Lư ngày nay để chiêu dân lập ấp, cũng là cảnh giới bảo vệ Hành cung ở phía Đông, cách am Thái Vi khoảng 5km.
Ngày 3 tháng 5 năm ất Dậu (7-5-1285), hai vua Trần Thánh Tông và Trần Nhân Tông cùng Trần Hưng Đạo đã đánh tan một bộ phận quân Nguyên - Mông ở đây. Trận đánh quân Nguyên - Mông diễn ra tại thung lũng đá vôi Thiện Dưỡng. ở giữa thung lũng đá vôi Thiện Dưỡng thuộc xã Ninh Vân nói trên hiện nay có cánh đồng Cửa Mả và gần đó có thung lũng Mồ, vì có nhiều mồ mả nên nhân dân địa phương vẫn gọi thung lũng này là "Đất chiến địa" đã ghi nhận điều đó.
Sau chiến thắng quân Nguyên - Mông lần thứ 3 (1288), nước Đại Việt thời gian này là hòa bình, yên ổn, sạch bóng quân thù. Hành cung Vũ Lâm vẫn tồn tại và là nơi tu hành của Thái Thượng Hoàng Trần Nhân Tông cho tới năm 1295, trước khi nhà vua chuyển đến Yên Tử.
Ngày nay, khi đến Hành cung Vũ Lâm, du khách sẽ được trải nghiệm sự gắn kết gần gũi với thiên nhiên, đi thuyền để cảm nhận vẻ đẹp của những hang động, trải lòng mình tận hưởng phút tĩnh tại quyện hòa kỳ diệu với đất trời, núi non để rồi cảm nhận rõ hơn những giá trị lịch sử vàng son một thời.