대한불교조계종 제5교구 본사인 법주사(法住寺)의 말사이다. 676년(문무왕 16)에서 701년(효소왕 10) 사이에 의상대사(義湘大師)가 창건하고 용화사(龍華寺)라 하였으며, 당시에는 남각산(南角山) 기슭에 있었다.
그 뒤 화엄종(華嚴宗)의 대찰로 명맥을 이어오다가 1260년(원종 1) 보각국사(普覺國師)가 중창하였다. 1530년(중종 25)에 폐사(廢寺)가 되자 명종 때 현재의 위치로 옮겨 중건하고 사찰명을 중화사라고 하였는데, 구전에 의하면 휴정(休靜)이 이건하였다고 한다. 그러나 1597년(선조 30)의 정유재란 때 전소되었고, 이 절의 승려들은 모두 기허(騎虛)의 의승군에 참여하여 전사하였다. 그 뒤 80여 년 동안 폐허로 남아 있다가 1677년(숙종 3)에 중건하였고, 1797년(정조 21) 정진(淨寘)이 전당(殿堂)을 모두 중수하였다.1857년(철종 8)에는 백여(伯汝)가 대웅전을 중수하였고 1908년의 중창을 거쳐 1934년에 보진(步震)이 중수하여 오늘에 이르고 있다.
당우로는 대웅전과 요사채 5동, 청법루(淸法樓) 등이 있었으나 청법루는 1951년 화재로 소실되어 지금까지 중건되지 못하고 있다. 2013년 7월 10일 대웅전에 화재가 발생하여 2008년 충청북도 유형문화재(현, 유형문화유산)로 지정되었던 목조여래좌상 및 목조보살좌상이 소실되었다.