พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงเลื่อมใสและศรัทธาในพระพุทธศาสนา และพระราชทานพระบรมราชูปถัมภ์ทุกศาสนาในประเทศ พระองค์ทรงทำนุบำรุงศาสนา ทรงใกล้ชิดกับพระธรรมคำสั่งสอนขององค์พระสัมมาสัมพุทธเจ้า พระองค์ทรงคุ้นเคยกับหลักธรรม ได้ทรงนำมาเป็นแนวปฏิบัติ ทรงครองราชย์ด้วยทศพิธราชธรรม ซึ่งเป็นแนวธรรมะทางพุทธศาสนา พระองค์ประจักษ์พระราชหฤทัยว่า หลักธรรมคำสั่งสอนขององค์พระสัมมาสัมพุทธเจ้านั้น เป็นเหตุและผลอันเป็นสัจธรรมแนวทางวิทยาศาสตร์ที่พิสูจน์ได้พระบาทสมเด็จพรเจ้าอยู่หัวทรงเป็นพุทธมากะผู้เคร่งครัดปฏิบัติบูชาอย่างสม่ำเสมอ มีพระราชประสงค์ให้ข้าราชการสำนักเป็นผู้ใฝ่ในทางธรรม เพื่อความเจริญของตนและหมู่คณะ ทั้งในหน้าที่การงานและชีวิตส่วนตัว ประเทศไทยจึงเป็นประเทศเดียว ที่ประมุขของประเทศอุปถัมภ์คุ้มครองและให้ความเป็นธรรมแก่ทุกศาสนา
พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงประกอบพระราชกรณียกิจเพื่อส่งเสริมบำรุงพุทธศาสนาให้เจริญรุ่งเรือง เสด็จพระราชดำเนินบำเพ็ญพระราชกุศลในวันสำคัญทางศาสนา เช่น วันมาฆบูชา วันวิสาขบูชา จัดประกวดการแต่งหนังสือเกี่ยวกับพุทธศาสนาเนื่องในวันวิสาขบูชา ถวายเทียนเข้าพรรษา เสด็จพระราชดำเนินถวายผ้ากฐินตามวัดต่าง ๆ โปรดเกล้า ฯ ให้สร้างพระพุทธรูปสำคัญ เช่น พระพุทธธนวราชบพิตร พระราชทานเป็นพระพุทธรูปประจำจังหวัดต่าง ๆ พระพุทธรูปปางประทานพรที่เรียกกันว่า “พระ ภ.ป.ร.” “พระพิมพ์กำลังแผ่นดิน” และ “พระสมเด็จจิตรลดา” เป็นต้นนอกจากนั้น พระองค์ยังได้พระราชทานพระราชทรัพย์ปฏิสังขรณ์บำรุงวัดวาอารามและปูชนียสถานต่าง ๆ ทางศาสนา พระราชทานบรมราชานุเคราะห์แก่สามเณรที่สอบได้เปรียญธรรม 9 ประโยค ให้อุปสมบทเป็นพระภิกษุ และทรงอุปสมบทนาคหลวงทุกปี
นอกจากพระราชกรณียกิจดังกล่าว พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวยังได้เสด็จพระราชดำเนินไปในพิธีศาสนาที่ประชาชนกราบบังคมทูลเชิญ เช่น ฝังลูกนิมิต ผูกพัทธสีมา ยกช่อฟ้าวางศิลาฤกษ์พระอุโบสถ เททองหล่อพระประธาน เป็นต้น
ในฐานะที่พระองค์ทรงเป็นองค์อัครศาสนูปถัมภก พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้พระราชทานพระบรมราชูปถัมภ์ศาสนาอื่น ๆ ในราชอาณาจักรโดยทั่วถึงกัน เช่น เสด็จพระราชดำเนินไปร่วมงานของศาสนาต่าง ๆ ตามคำกราบบังคมทูลอัญเชิญ เช่น เสด็จพระราชดำเนินในงานเมาลิดกลางของศาสนาอิสลาม และเสด็จพระราชดำเนินไปทรงเป็นประธานในงานฉลองครบรอบ 500 ปี แห่งศาสนาสิกข์ ณ โรงละครแห่งชาติ เมื่อวันที่ 18 พฤศจิกายน พ.ศ.2512 เป็นต้น
พระราชกรณียกิจที่สำคัญ คือ การเสด็จออกทรงผนวช ณ พระอุโบสถวัดพระศรีรัตนศาสดาราม ในพระบรมมหาราชวัง ระหว่างวันที่ 22 ตุลาคม – 5 พฤศจิกายน 2499 ในพระราชพี สมเด็จพระราชชนนีศรีสังวาลทรงจรดพระกรรบิด (กรรไกรโบราณที่มีใบมีด ต้องใช้มือหนีบสำหรับตัดผม) ถวายเพื่อเจริญพระเกศาหรือขริบพระเกศา โดยมีสมเด็จพระสังฆราชเจ้า กรมหลวงวชิรญาณวงศ์ (ม.ร.ว.ชื่น นพวงศ์ สุจิตโตภิกขุ เปรียญธรรม 7 ประโยค) วัดบวรนิเวศวิหาร ทรงเป็นพระราชอุปัชฌาย์, พระศาสนโสภณ (จวน อุฎฐายี) วัดมกุฎกษัตริยาราม เป็นพระราชกรรมวาจาจารย์ สมเด็จพระวันรัตน์ (ปลด กิติโสภณ) วัดเบญจมบพิตรดุสิตวนาราม เป็นพระราชอนุศาสนาจารย์
พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้รับถวายพระสมญานามว่า “ภูมิพลโลภิกขุ” ระยะ 15 วัน ที่ทรงอยู่ในสมณเพศ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงประทับ ณ พระตำหนักปั้นหยา วัดบวรนิเวศวิหาร ได้ทรงบำเพ็ญวัตรปฏิบัติเยี่ยงพระภิกษุทั้งหลาย พระองค์เสด็จออกบิณฑบาตจากประชาชนทั่วไปทุกเช้า การปฏิบัติสังฆกิจต่าง ๆ ทรงปฏิบัติอย่างเคร่งครัดในระหว่างพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงผนวชอยู่ 15 วัน ได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯให้สมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินี เป็นผู้สำเร็จราชการแทนพระองค์ พระบรมราชินีทรงปฏิบัติพระราชกิจแทนพระองค์ได้อย่างเรียบร้อย เมื่อพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงลาผนวชจึงได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เฉลิมพระอภิไธยสมเด็จพระบรมราชินีเป็น “สมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ”
