Đền Thượng còn gọi là Chính cung thần điện, là nơi thờ Đức Thánh Tản Viên Sơn. Tương truyền ngôi đền cổ được xây dựng từ thời An Dương Vương, nằm dưới một mái núi thắt cổ bồng (gọi là núi Tản Viên). Sách Dư địa chí của Nguyễn Trãi có viết: “ Năm 1.142 vào đời Vua Lý Nhân Tông sai thợ xây dựng đền thờ thần núi Tản Viên ở ngọn núi cao nhất, có lầu cao hai mươi tầng. Xem thế đủ thấy vùng đất này là một trong những vùng của miền đất Tổ, núi Ba Vì là Núi Tổ của nước Nam ta”.
Qua thời gian ngôi đền cổ không còn nữa, chỉ còn lại 3 pho tượng và một bát hương cổ được đặt dưới mái núi thắt cổ bồng. Cho đến năm 1993, ngôi đền được trùng tu lại thành một ngôi đền nhỏ tựa lưng vào vách núi. Đến năm 2008 Đền Thượng cùng với đền Trung và đền Hạ được nhà nước công nhận là di tích lịch sử, văn hóa cấp Quốc gia. Năm 2010, Thành phố Hà Nội đã khởi công trùng tu lại ngôi đền. Ngôi đền được trùng tu lại vẫn tựa lưng vào núi tạo thế vững chãi, trang nghiêm và độc đáo, hậu cung chính là vách đá Thắt Cổ Bồng linh thiêng và huyền thoại có từ ngàn đời xưa. Ngôi đền tuy không rộng, những huyền bí, có độ sâu thẳm về tâm linh.
Đền Thượng chia làm 2 gian: Gian bên ngoài là nhà Đại Bái, gian bên trong là hậu cung.
