대한불교조계종 제9교구 본사인 동화사(桐華寺)의 말사이다.
914년(신덕왕 3)에 보양화상(寶壤和尙)이 창건하였고, 1419년(세종 1)에 천일(天日)이 중건하였다. 임진왜란으로 소실되자 1603년(선조 36)에 사명대사(四溟大師)가 인잠(印岑) · 탄옥(坦玉) · 경천(敬天) 등에게 명하여 중창하도록 하였다.
1621년(광해군 13)에 범종각을 건립하였고, 1650년(효종 1)에는 불이 나서 법당과 요사 등이 모두 소실되었다. 다음해 계환(戒環) · 여휘(麗輝) 등이 설선당(說禪堂)과 심검당(尋劍堂)을 건립하였고, 그 다음해에는 일언(一彦)과 학신(學信)이 동상실(東上室)과 서상실(西上室)을 건립하였다.
1653년에는 홍묵(弘默)이 대웅전을, 승안(勝安)이 명부전을 건립하였으며, 다음해에는 일주(一珠)가 만월루(滿月樓)를 건립하였다. 1655년에는 희감(熙鑑)과 홍묵이 함허당(含虛堂)과 관정료(灌頂寮)를 건립하였고, 다음해에는 청진(淸振)이 관음전을 건립하였다.
1657년에는 계홍(戒弘)이 반상료(返常寮)를, 1658년에는 도행(道行)이 명월당(明月堂)을, 1659년에는 학신이 향로전(香爐殿)을 건립하였고, 1660년(현종 1)에는 일순(一淳)이 약사전을, 1661년에는 계홍이 두월료(斗月寮)를 건립하였다. 1668년에는 대종(大鐘)과 금구(金口)를 주성하였으며, 1670년에는 천왕문 앞의 석교가 완성되었고, 1672년에는 법고(法鼓)를 완성하였다. 1673년에는 자진(自珍)이 세존부도(世尊浮屠)와 비석을 건립하였다.
1674년에는 부도암을, 1675년(숙종 1)에는 사리각(舍利閣)을 건립하였으며, 또 용문교와 법당의 중종(中鐘)을 차례로 완성하였다. 1682년에 천왕문을, 1688년에 응진전(應眞殿)과 16나한을 조성하였으며, 1693년에 영류당(咏流堂)을, 1695년에는 일주문을 건립하였고, 1711년에 시왕탱(十王幀)을 봉안하고 명부전을 단청하였다.
1722년(경종 2)에는 찬화(粲和)에 의해 대웅전과 종각이 중수되었다. 이들 전각은 무려 200여 칸에 달하였으며, 거주하는 승려는 500여 명이나 되었다. 1726년(영조 2)에 대웅전과 동 · 서 별실, 좌 · 우 승당이 다시 불탔으나, 1728년 혜조(惠照)가 찬화와 더불어 중건하였다.
문화유산으로는 불사리(佛舍利)를 봉안한 1971년 보물로 지정된 달성 용연사 금강계단이 있다. 이 사리는 원래 통도사에 있던 것으로, 사명대사가 제자 청진(淸振)을 시켜 이 절에 봉안한 것이다. 이 계단은 1673년에 완성되었으며, 통도사 불사리계단(佛舍利戒壇)의 형태를 본떠 만들었다. 또한 1995년 대구광역시 문화재자료(현, 문화유산자료)로 지정된 용연사 삼층석탑이 있다.