951년(광종 2)에 광종이 태조의 원당으로 봉은사(奉恩寺)를 창건하면서 어머니 유씨(劉氏)의 원당으로 이 절을 창건하였다. 또한, 1057년(문종 11) 왕이 이 절에 행차하여 반승(飯僧)을 베풀었다.
그 뒤 이 절의 역사는 전래되지 않고 있으나 『신증동국여지승람』에는 이 절이 현존하는 것으로 기록되어 있어 조선 중기 이후에 폐허화된 것으로 추정된다.
『사탑고적고(寺塔古蹟攷)』에 의하면 이 절터는 동서로 약 150칸, 남북으로 약 100칸의 유지가 남아 있으며, 이 유지에는 북한 국보급문화재 제35호로 지정된 오층석탑을 비롯하여 석불 4구와 사리탑 2기, 당간지주 등이 남아 있다고 하였다. 불일사오층석탑은 1906년 태평동으로 이건되었다가 현재는 고려박물관에 있다.