北宋和南宋的版圖都較小，與它們並存的還有遼、金等國家。五代後期，契丹族建國，947年正式改國號為遼。1125年被女真族所建的金國所滅。不久蒙古興起，1234年滅金，在大規模軍事征服的過程中，建立了橫跨歐亞的大汗國。1271年，忽必烈即大汗位，定國號為元，建立元朝，定都大都(今北京)，1279年滅南宋，統一了全國。
遼金元時期，山西、河北一帶作為政府的腹地和戰爭的大後方，留下了不少古迹。遼金盛行佛教，所以古迹中最多的是寺院佛塔。天津薊縣的獨樂寺觀音閣，大同的華嚴寺、善化寺、山西應縣的佛宮寺木塔，至今保存完好，其木建結構極其精密牢固，可稱建築史上的奇觀。
在天津薊縣城西門內，始建於唐代，重建於遼統和二年(公元984年)。寺內主體建築為山門和觀音閣。山門的屋頂為五條脊四面坡，正脊兩端鴟〔chi 吃〕尾向內翹，不同於明清時向外翻轉的龍尾，這是早期鴟尾的實證。在我國現存的同類式樣的山門中，獨樂寺的山門是建造最早的。觀音閣外觀為兩層，中間有一暗層，實際上是三層。正中是空井，閣內供一尊高16米多的觀音像。這座大閣建成以來，已有1000年的歷史，經歷過近30次地震，其中有三次地震達到八級，震中就在薊縣縣城附近，寺內房屋倒塌不少，唯有觀音閣未受損傷，只是在二層灰泥牆上出現幾條小縫。因為全閣的整體木構件採用了雙層套筒式木構架，內外兩圈柱框，中間用枋子聯成整體，同時再加斜撐，這就使整個構架極其穩重牢固。此外，上下柱框之間還加了一層斗拱，各拱枋之間採用榫接法，地震時榫卯之間的摩擦力可以抵消部分震動力。為防止震後整個構架變形，設計者又在長方形平面的空井上層加四根抹角的枋木，這就更增加了雙層套筒的穩定性。
建築原理和獨樂寺觀音閣類似。這座塔建於遼代清寧二年(公元1056年)，俗稱「應縣木塔」。高67.13米，底層直徑30米，八角形，九層，建在四米高的石砌台基上，是世界上現存最高的古代木構高層建築。塔身採用雙層套筒式木構架，極為牢固。建成200多年後，元順帝時經歷大地震七天，仍巋然不動，堪稱我國古代木構建築的傑作。
在大同市內，是遼金時期重要的大型佛教寺院，寺內至今保存著遼金建築遺構，在我國文化史和建築史上佔有重要地位。華嚴寺在遼代兼有遼皇室祖廟的作用。明中葉時分為上下二寺。上寺的主要建築大雄寶殿是金代遺構，下寺的主要建築薄伽教藏殿是遼代遺構。全寺主要殿宇都面向東方，沿襲了契丹拜日、以東方為上的原始宗教信仰。薄伽教藏殿的建築藝術向來為我國建築史籍所稱引，這是一座存放藏經的大殿。梁架舉折平緩，檐柱升起顯著，出檐深遠，斗拱變化很多，殿內外斗拱共有八種，有令拱、華拱、慢拱、瓜子拱、泥道拱等多種花樣。殿內天花板上的裝飾圖樣都是遼代通行的紋樣。大殿內還排滿了藏經的木櫃，共38間，都做成雙層檐樓閣式，名叫「重樓式壁藏」，分為上下兩層，下層是經櫥，每間開板門兩扇。上層是佛龕，龕內頂部和腰檐平座遮檐板上的彩繪圖案都是遼代舊作。佛龕柱頭的斗拱極其繁複，共有17種，是目前所知遼代斗拱中最複雜的。西壁當心間窗還有五間天宮樓閣，規格和壁藏相同。束腰華版上刻有30多種幾何透心花紋。這些壁藏是國內僅見的遼代小木作，十分珍貴。殿內佛壇上布列著31尊遼代彩塑像，是遼塑中的精品。大雄寶殿始建於遼，現存大殿為金代天眷三年(公元1140年)所建。殿內採用遼金建築常見的減柱法，減少內柱12根，擴大前部空間，以便布列佛像。殿內布滿壁畫，面積之大，在國內罕見。
善化寺始建於唐開元年間，寺內大雄寶殿是遼代遺構，金代重修，其餘都是金代建築，是我國目前保存最完整、規模最大的遼金寺院。大雄寶殿坐落在善化寺後部三米高的台基上，斗拱承托外檐，梁枋梁架全部外露。當心間的金柱和老檐柱之間的藻井，由下而上層層疊收，周圍施斗拱四層，形成鑽尖式模型結構，雕制精湛，形制、手法與大殿梁架和斗拱相同，都是遼代原構。大殿正中佛壇塑像五尊以及蓮花寶座上的各種雕塑均為遼代遺物。東西兩側塑24個天神，文武男女各不相同，體形豐偉，塑工尤精，是金代彩塑的上品。三聖殿的結構糅合宋遼建築的特點，檐下左右次間各出60°斜拱，形如花朵怒放，在金代斜拱中是最為宏大壯麗的，殿內採用減柱法，僅用四根巨柱支撐殿頂，空間開闊。這座殿是金初的木構建築的代表作。
除華嚴寺和善化寺外，五台山佛光寺中的文殊殿也是著名的金代建築。它建於金天會十五年(公元1137年)，殿內空間面積很大，屋架前後兩槽都使用了橫跨三間的大內額(方柱形大木材)，後槽在內額與內額之間用斜材傳遞負荷，構成近似人字柁架的屋架。屋檐下斗拱層層相迭，斜拱寬大，看上去就像怒放的花朵，這是遼金建築的特徵。這座大殿屋架結構特殊，在我國金代以前的古建築中較罕見。殿內佛壇上有文殊菩薩和侍者塑像六尊，裝飾富麗，也是金代原物。
遼寧、河北地區遺存著不少遼金時期的佛塔。最常見的遼塔多為八角13層磚塔，實心，不能攀登。第一級塔身很高，八面都雕有佛龕、寶蓋、飛天等，檐部有磚雕斗拱。這級塔身連塔基的高度幾乎佔全塔的一半。第二級以上才是密檐，塔頂上有寶瓶、剎桿、寶珠等。遼代五京地區遍布這種佛塔，其形制後來又為金代所繼承，從而在中國建塔史上成為風格獨特的遼、金古塔。
遼、金古塔中磚雕藝術水平較高的有遼寧北鎮縣的崇興寺雙塔、遼陽白塔。崇興寺雙塔始建於遼代，經歷代維修，至今保存完好。雙塔以崇興寺為中心，東西對峙，形制相同，高40多米。塔座上雕有斗拱、曲水萬字欄板和仰蓮等，每個角都刻一個力士像，作出負重的樣子。第一級塔身每面下部中央都刻有一個拱形佛龕，中間雕一尊坐佛，龕外兩側各有脅侍一人站立。塔上還有明萬曆時遼東總兵李成梁重修的小石碑。李成梁是明代名將，曾屢次擊退韃靼察哈爾部的侵擾。
遼陽白塔在遼陽市白塔公園內，建於金大定年間(公元1161—1189年)，形制與一般遼金古塔相同。唯十二層密檐間有多面銅鏡。第一層雕刻的佛龕、脅侍、飛天都較精緻。至今仍保存著初建時的風貌。
此外河北正定縣的廣惠寺華塔，現存結構形製為金代風格。這座塔造型奇特，第一層塔身八個平面，各在四個正面再加扁六角形亭狀單層套室，套室和塔身各面都有圓拱形洞門。第二層八面每面三間，當中是門，兩邊有假方格窗欞和長方尖形佛龕，下有平座。第三層以上塔身驟然縮小，呈圓錐形，按八面八角的垂線雕有虎、豹、獅、象、龍及佛像等壁塑。塔身各層還雕刻著許多仙人、仙獸，亭台樓閣，構圖複雜，雕工精細。
始建於金大定二十九年(公元1189年)，到明昌三年(公元1192年)建成。明清時對石橋又進行過大規模的修葺。橋共11孔，全長266.5米，寬7.5米。橋墩為船形，分水尖上裝著三角鐵柱，可以擊破河水化凍時撞擊橋墩的冰塊，人稱「斬龍劍」。橋上兩側石雕護欄的望柱共281根，柱頭刻大小石獅，千姿百態。北京有句流行的歇後語：「蘆溝橋的獅子——數不清。」形容獅子很多。經文物工作者實地考察，橋上共有大小獅子485個。橋東頭坐的兩隻大石獅，身長1.73米，重三噸，身上爬著的許多小獅子，只有20厘米大小。橋西頭是兩隻石象，用頭頂著最後的石欄杆，造型十分有趣。義大利旅行家馬可·波羅在元代來到中國，曾稱讚它是「世界上最好的、獨一無二的橋」。古時蘆溝橋是南北交通的必經之路，兩岸有很多旅舍驛館，行人清晨起來，天色初曙，尚見疏星曉月，所以「蘆溝曉月」成為一大名勝，並被乾隆列為「燕京八景」之一。
由以上名勝可以看出，遼金時期的建築工藝和科學水平已相當發達。元代統一中國後，手工業和商業得到發展，科技進步很快，尤其是天文學已達到世界先進水平。
在今河南嵩山之南告成鎮，建於元代初年，是我國現存最古老的天文台。古人用圭表測量日影。圭就是向正北方向放置的板，旁邊立一根垂直於地面的標竿，叫做表。季節不同，表影的長短不同。冬至時表影最長，夏至時表影最短。根據這一變化，古人便可計算一年的時日變化。由於太陽底下的陰影越近邊緣越淡，很難確切地把握影子的終點。元代天文水利學家郭守敬便對舊式圭表作了重大改進，使陰影邊緣清楚，以便準確地測量影長。告成鎮的古觀星台，就是郭守敬指揮建造的磚石結構的新式圭表。台身像一隻倒扣的斗，兩邊有磚石所砌的階梯通到台頂。台頂用水磨磚鋪地，北面牆壁正中有一個與地面垂直的表槽。表下端的石圭由36塊青石圭面構成，總長31.19米。石圭上面水平程度極好，方位與當地子午線相合。除了測影計時以外，這裡還有觀星的