대한불교조계종 제5교구 본사인 법주사(法住寺)의 말사이다. 신라 때 의상(義湘)이 창건한 사찰이라 전하여오나 고증할 자료는 없으며, 법당 주변에 흩어져 있는 기와들로 보아 조선시대에 중창되었음을 알 수 있다.
연혁에 대해서는 1665년(현종 6)에 세운 「월리사사적비」를 통해 알 수 있다. 여기에 따르면 절이 높은 곳에 자리하여 달에 가깝기 때문에 월리사라 했다 하며, 또는 절 아래에 월동사(月洞寺)가 있어 그렇게 이름 지었다고도 한다. 1657년(효종 8)에 원학(元學)이 현재의 위치로 옮겨 법당을 짓고 중창하였다. 1997년에 대웅전을 수리하였으며 1998년에 삼성각을 지었다.
현존하는 당우로는 대웅전과 삼성각 · 요사채가 있다. 1980년 충청북도 유형문화재(현, 유형문화유산)로 지정된 대웅전은 정면 3칸, 측면 3칸의 팔작(八作)지붕에 다포(多包)건물로서 조선 중기 이후에 건립된 것으로 추정된다. 대웅전내에는 항마촉지인(降魔觸地印)을 한 90㎝의 석가여래좌상과 1897년에 조성한 후불탱화(後佛幀畵), 1838년(헌종 4)에 조성한 신중탱화(神衆幀畵) 등이 봉안되어 있다.
이 밖의 국가유산으로는 목조위패함(木造位牌函), 부도(浮屠) 1기, 사적비, 동종 등이 있다. 목조위패함은 높이 140㎝에 4층으로 되어 있으며, 각 면에는 각기 다른 조각을 정교하게 새기고 있는데 불교의 위패를 연구하는 데 좋은 자료가 되는 조선 중기 이후의 작품이다. 또 부도는 높이 60㎝의 석종형(石鐘形)이며, 동종은 상부에 범자(梵字)를 새기고 중앙에 합장한 보살입상(菩薩立像)을 조각한 전형적인 조선시대의 작품이다.