몽성사(夢成寺)라고도 한다. 751년(경덕왕 10)에 김대성(金大城)이 창건한 사찰로서 창건연기가 전해온다. 김대성은 원래 사냥을 좋아하였다. 어느 날 토함산에 올라가 곰을 잡은 뒤 산 밑의 마을에서 유숙하였는데, 꿈에 곰의 귀신이 나타나서 환생하여 원한을 갚겠다고 하므로 두려워서 용서를 빌었다. 이에 곰의 귀신은 자신을 위하여 절을 세워달라고 하였다. 그 뒤 김대성은 곰을 발견하였던 곳에 웅수사(熊壽寺)를, 곰을 잡았던 곳에 장수사를 창건하였다.
신라시대에는 매우 우수한 불상이 봉안되어 있었고, 표훈(表訓)·신림(神琳)의 부도연지(浮屠蓮池) 및 금하(金河)·옥천(玉泉)·석조(石槽)·찰간(刹竿) 등이 있었다고 하나 임진왜란 때 타버렸다. 그 뒤 20년이 지나서 담화화상(曇華和尙)이 중창하였고, 1630년(인조 8)·1652년(효종 3)·1667년(현종 8)·1683년(숙종 9)·1729년(영조 5) 등 5차례에 걸쳐 중건하였으나 조선말에 폐허화되었다. 옛 절터에는 현재 1970년 초에 지은 조그마한 암자가 있다.
유물로는 불국사석가탑과 거의 같은 형태이나 다소 축소된 느낌을 주는 경주 마동 삼층석탑과 금당지(金堂址)의 초석 몇 개만이 남아 있다. 이 삼층석탑은 7세기 후반 내지 8세기 초기의 전형적인 신라 석탑 형식을 갖추고 있으며, 1987년 보물로 지정되었다.