Vào năm 1293, vua Trần Nhân Tông thoái vị, truyền ngôi cho con trai là Trần Anh Tông, trở thành Thái thượng hoàng, lên tu ở núi Yên Tử. Năm1301, Thái thượng hoàng Trần Nhân Tông nhận lời mời, du ngoạn vào Chiêm Thành, được vua Chiêm Thành Chế Mân tiếp đãi nồng hậu, có ở lại trong cung điện Chiêm Thành gần 9 tháng. Khi ra về, Trần Nhân Tông có hứa gả con gái là Huyền Trân cho Chế Mân, mặc dù khi đó Chế Mân đã có chính thất là hoàng hậu Tapasi, người Java. Sau đó nhiều lần Chế Mân sai sứ sang hỏi về việc hôn lễ, nhưng triều thần nhà Trần phản đối, chỉ có Văn Túc Vương Đạo Tái và Nhập nội hành khiển Trần Khắc Chung chủ trương tán thành.
Năm 1306, Chế Mân dâng hai châu Ô, Lý làm hồi môn, vua Trần Anh Tông đồng ý gả Huyền Trân cho Chế Mân. Huyền Trân về Chiêm Thành, được phong làm hoàng hậu Paramecvari. Một năm sau đó, khi hoàng hậu người Đại Việt vừa sinh xong hoàng tử Chế Đa Đa, thì tháng 5 năm 1307, quốc vương Chế Mân băng hà. Thế tử Chiêm sai sứ sang Đại Việt báo tang. Theo tục nước Chiêm, khi vua chết hoàng hậu phải lên dàn hỏa để tuẫn tang. Vua Trần Anh Tông biết tin, sai Trần Khắc Chung vờ sang viếng tang, tìm cách cứu Huyền Trân. Trần Khắc Chung bày kế thành công, cứu được Huyền Trân đưa xuống thuyền, đưa Huyền Trân về Đại Việt bằng đường biển. Cuộc hải hành này kéo dài tới một năm và theo Đại Việt Sử ký Toàn thư thì Trần Khắc Chung đã tư thông với công chúa.
Nói về Huyền Trân công chúa. Trước lúc về đồng làm “mẫu nghi thiên hạ” Chiêm Thành theo ý chỉ nhà vua, nàng đang sẵn mối tình với một vị tướng tài trong triều Trần là Lê Chung. Do bởi thấu triệt lẽ sinh diệt của luân hồi và ái tình, do bởi lòng từ bi đức hạnh của nàng đã tỏa sáng nên vì sự bình yên và lợi lạc của nhân dân hai nước mà nàng nguyện theo Chế Mân. Quyết định sáng suốt đó chứng tỏ nàng ứng thân một vị đại Bồ Tát. Noi gương Phật cha là hành đại nguyện Đầu Đà, mang lại lợi lạc cho tha nhân. Bởi lẽ ấy, huyền thoại về Huyền Trân và mối tình tay ba giữa nàng với Lê Chung và vua Chiêm trở nên toàn mĩ, người người tôn thờ theo suốt dòng lịch sử nhân sinh Việt Nam.
Tháng 8 năm Mậu Thân (1308), Huyền Trân về đến Thăng Long. Theo di mệnh của Thượng hoàng Nhân Tông, công chúa đầu gia Phật giáo ở núi Trâu Sơn (nay thuộc Bắc Ninh) vào năm (1309), dưới sự ấn chứng của quốc sư Bảo Phát. Công chúa thọ Bồ tát giới và được ban pháp danh Hương Tràng.
Cuối năm Tân Hợi (1311), Hương Tràng cùng một thị nữ trước đây, bấy giờ đã qui y đến làng Hổ Sơn, huyện Thiên Bản (nay thuộc Nam Định), lập am dưới chân núi Hổ để tu hành. Sau đó, am tranh trở thành điện Phật, tức chùa Nộm Sơn hay còn gọi là Quảng Nghiêm Tự.
Huyền Trân xã báo an tường ngày mồng 9 tháng giêng năm Canh Thìn (1340). Dân chúng quanh vùng thương tiếc và tôn bà là "Thần Mẫu" và lập đền thờ cạnh chùa Nộn Sơn.
Các triều đại sau đều sắc phong bà là thần hộ quốc. Vua triều Nguyễn ban cho công chúa chiếu báu nâng bậc tăng là "Trai Tĩnh Trung Đẳng Thần".