位于城隍庙西北面的沉香阁，原由豫园主人潘允端所建。潘允端于明万历二十八年（1600年）督办漕运疏浚淮河打捞沉船时觅得一尊精美观音佛像，甚为喜欢，又于当夜梦见其母嘱托，即派人护送佛像回上海建阁供奉。因佛像由名贵海琼水沉香木雕制，芳香十分浓郁，故名“沉香阁”（据考，该佛像系隋代大业年间南洋赤土国回赠隋炀帝之礼，在淮河中遇风浪沉没，已卧伏河底近千年）。明代之后，沉香阁迁址重建，曾改名为“慈云禅寺”，拥有丛林寺院规模，与龙华、静安、玉佛三大名刹齐名。
沉香观音雕像为座像，高三尺许，屈一足坐，垂手加膝，首微侧，若凝思状。头戴佛冠，袒腹露脐，仪态万方。每逢天雨，芳馥四达。今沉香观音虽非原像，但仍形神兼具、仪态万方，为佛中珍品，香火终日兴盛。 现今沉香阁占地2378平方米，重现了明清时代寺院建筑风貌。前有弥勒殿、山门石坊；中有大雄宝殿、沉香佛殿、前殿禅堂及左右厢楼。阁的建筑形式古朴典雅，在整寺中显得非常突出，供奉有沉香观音、华严三圣、四方佛、观音大士等。阁内现还开设尼众班，已成为全国最大的比丘尼寺院之一。
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