明嘉靖二十五年（1546年），新平玉皇閣始建。

明萬歷十一年（1583年），新平玉皇閣重建。

清康熙二十七年（1688年），新平玉皇閣修葺。

乾隆四十六年（1781年），新平玉皇閣修葺。

1992年，新平玉皇閣修葺，將重檐歇山筒板布瓦頂改為改成黃琉璃屋面。

新平玉皇閣整體坐北朝南，南北長14.3米，東西寬10.4米，占地面積約148.7平方米，坐落在高5.55米的磚砌臺基上，臺基中部為磚碹券洞十字形通道，可四面通行，上部四周為條磚勾欄，面闊三間，進深四椽；上層梁架為四角施抹角梁上托老角梁交于垂花柱承托平梁，下層為承重梁承托樓楞木、木板形成二層地面，在建筑的東南角設(shè)有樓梯口；科斗栱為三踩單昂，平身科斗栱每間一攢，下層耍頭為穿插枋出頭制成龍頭；裝修明間施六抹隔扇四扇，次間施六抹隔扇兩扇，在二層明、次間廊部均施木質(zhì)勾欄，下層東西山墻繪有道教眾神壁畫，梁架中各構(gòu)件均繪有卷云紋的水墨畫，栱眼壁上繪有旋花、瑞草、人物等吉祥水墨圖案，梁枋構(gòu)件上繪有萬字不到頭及旋子彩畫。

新平玉皇閣是大同地區(qū)保存完好的古代閣樓，為內(nèi)蒙、河北、山西三省邊境交界之地，為明代宣化、大同兩鎮(zhèn)的咽喉要地，也是蒙古游牧民族兵馬經(jīng)常南下侵擾爭戰(zhàn)之地，在明嘉靖二十五年（1546年）修筑了新平玉皇閣，派兵駐守，說明玉皇閣具有重要的歷史戰(zhàn)略價值。

2016年6月6日，新平玉皇閣被山西省人民政府公布為第五批省級文物保護單位。