A 11. század során I. Jaszovarman király a Siem Reap folyó elterelésével bonyolult, sakktáblaszerű vízvezetékrendszert és nagy víztározó medencéket építtetett. A csatornák lehetővé tették a rizsföldek öntözését az év hat aszályos hónapjában is. Így a parasztok évente háromszor arattak. Az eredményes mezőgazdaság és az élelmiszerfelesleg felhalmozódása a Khmer Királyságot gazdag birodalommá tette. Olyannyira, hogy a királyság a Kínai Császárság mellett Ázsia második legerősebb állama lett, és a királyok nagyszabású városok és templomok építésébe kezdtek.

A khmer uralkodók istenkirálynak tekintették magukat. Mindegyikük egy-egy óriási templomot építtetett magának, amelyet az őt és országát védelmező istennek szentelt, akivel halála után egyesülni kívánt. II. Szurjavarmant az a hinduizmusban gyökerező hit vezérelte Angkorvat megépítésében, hogy majd halála után Visnu istenhez térhet meg. Angkorvat minden külső és belső építménye a hindu vallás szimbólumaira utal – a templom a földi és az égi világ közötti kapcsolatot testesíti meg. A négy világtáj felé tájolt teraszos felépítésű, gúla alakú „templomhegy” – a Meru-hegy (a Himalája) – az Univerzum középpontja, és a megvilágosodás felé vezető út szimbóluma.

Az Angkorvat, amely valószínűleg minden idők legnagyobb vallási célú épülete, a XII. század elején épült. Ugyanabból az időből származik, mint Európa nagy gótikus katedrálisai. Angkor neve azt jelenti: „főváros”, a Vat jelentése pedig a khmer és thai nyelvekben: „templom” .

A csodálatos gonddal épített és díszített templom II. Szurjavarman halála után hamar romlásnak indult: mind a természet, mind az emberi rombolás nyomait megtalálhatjuk rajta. A 12. század végén, 1177-ben Angkort megszállták és megrongálták a khmerek ősellenségei, a vietnami csamok. VII. Dzsajavarman (1181–1219) uralkodása idején, a birodalom újjáépítése során a fővárost néhány kilométerrel északabbara, Angkorthomba helyezték át. Ekkor következett be a buddhizmusra való áttérés. A 14. századtól napjainkig a templom buddhista szentélyként működik. Később a 15. század során a sziámi betörések és fosztogatások rongálták, majd 1431-ben bekövetkezett Angkor eleste, amely nemcsak Angkorvat, hanem az egész régió hanyatlását és elnéptelenedését hozta. Bár a 16. században jórészt kiüresedett, teljesen sosem volt elhagyatott. Abban az időszakban Prah Pisnulok-ként ismerték.

Az 1586-ban ide látogató Antonio da Magdalena portugál misszionárius-szerzetes Angkorvat első európai látogatói közé tartozott. 1850-ben egy másik misszionárius, a francia Charles-Émile Bouillevaux az őserdő közepén rátalált Angkor néhány templomára, és rövid leírást adott róluk. Nyolc évvel később honfitársa, Henri Mouhot – aki természettudósként lepkéket gyűjtött – szintén romokba botlott, és az ő 1868-ban posztumusz publikált rajzaiból derült ki, mit is rejt a kambodzsai őserdő. (Mouhot, a templom keletkezését helytelenül a Római Birodalom idejére datálta.) A szenzációs felfedezés hatására Louis Delaporte megszervezte az első tudományos expedíciót, amelyről templomrajzokkal, a domborművek viaszlenyomataival, és szobrokkal tért vissza, továbbá megjelentetett egy metszetekkel gazdagon illusztrált tanulmányt is. Az 1878-as párizsi világkiállítás tovább növelte az érdeklődést a khmer kultúra iránt, de a város és Angkorvat akkor vált igazán híressé, amikor Pierre Loti kambodzsai utazását követően megírta Un pelerine d’Angkor című könyvét, és August Rodin, a nagy szobrász 1914-ben rajzsorozatot készített a a templomot díszítő apszarákról – a királyi táncosnőkről. A mitológiai apszarák utódainak tekinthető táncosnők a khmer vallási ünnepeken, pompás öltözékben táncoltak. A kambodzsai Királyi Balett tagjai mind a mai napig ilyen jelmezeket hordanak.

A 20. században a templomot fel kellett újítani, főleg a mindent elborító növényzet miatt. 1931-ben az École française d’Extrême-Orient (EFEO) régészei kezdték meg Angkorban a tematikus kutatásokat. A feltárási és restaurálási munkálatokat az 1970-es és 1980-as években a Vörös khmerek hatalomra jutása és a polgárháború miatt felfüggesztették, de szerencsére ez idő alatt a templom csak kevés kárt szenvedett. A háborús periódus után 1986-ban az Archaeological Survey of India (ASI) régészei újra munkához láttak és megkezdték Angkorvat ma is tartó restaurálását. 1992 óta a templom, mint Angkor része Világörökség. Azóta az UNESCO és International Coordinating Committee (ICC) felügyelete alatt a kambodzsai Authority for the Protection and Management of Angkor and the Region of Siem Reap (APSARA) Intézet, az École française d’Extrême-Orient (EFEO), a Japanese Government Team for Safeguarding Angkor (JSA), az amerikai World Monuments Fund (WMF) és a német German Apsara Conservation Project (GACP) nemzetközi tudóscsoportjai dolgoznak Angkor megóvásáért.