914년(신덕왕 3) 보양국사(寶壤國師)가 창건하였고, 1419년(조선 세종 1) 천일(天日)이 중건하였다.
임진왜란 때 불타버렸는데, 1603년(선조 36) 유정(惟政)이 인잠(印岑)·탄옥(坦玉)·경천(敬天) 등에게 명하여 다시 중창하도록 하였다. 1650년(효종 1) 다시 불이 나서 법당과 요사 등이 모두 소실되었으나 다음해 다시 건립하였다. 1652년 일언(一彦)과 학신(學信)이 동상실(東上室)과 서상실(西上室)을 건립하였고, 1653년에는 홍묵(弘默)이 대웅전, 승안(勝安)이 명부전을 건립하였다. 1658년에는 도행(道行)이 명월당, 1660년(현종 1)에는 일순(一淳)이 약사전을 건립하였으며 1670년에는 천왕문 앞의 석교가 완성되었다. 1673년 세존부도와 비석을 자진(自珍)이 건립하였고, 1675년(숙종 1) 사리각, 1688년 응진전과 16나한이 조성되었다. 1722년(경종 2)에는 대웅전과 종각의 중수가 있었다. 1728년(영조 4) 5번째로 중건하였다.
문화재로 불사리를 봉안한 용연사석조계단(보물 539)이 있다.
