대한불교조계종 제11교구 본사인 불국사(佛國寺)의 말사이다. 영곡사(靈谷寺)라고도 한다. 신라 선덕왕 때 자장율사(慈藏律師)가 창건하였다. 전설에 의하면 선덕여왕이 피부병으로 고생하여 좋다는 약은 모두 써보았으나 효력이 없었는데, 신하의 권유에 따라 동해안 천곡령(泉谷嶺) 아래에 있는 석천(石泉)의 약수로 며칠간 목욕한 뒤 완쾌되었다고 한다. 여왕은 약수의 효력에 감복하여 서라벌로 돌아와서 자장율사에게 절을 짓도록 하고 이름을 천곡사로 명명하였다. 그러나 창건 이후의 역사는 거의 전하지 않고, 조선 후기에 박장원(朴長遠 1612년~1671)이 흥해에 유배중이던 1653년~1654년 경에 천덕사에 머물머 사승(寺僧)에게 지어준 시가 그의 문집인 『구당집(久堂集)』에 있다. 6·25 이전까지는 13동의 건물이 있었던 큰 사찰이었으나 현재 관음전과 삼성각 및 요사채 등이 있고, 선덕여왕이 목욕한 우물이라 전하는 석천(石泉)이 있다.
문화유산으로 18세기에 만들어진 천곡사관음전석조보살좌상이 있다. 천곡사관음전석조보살좌상은 2018년 경상북도 문화재자료(현, 문화유산자료)로 지정되었다. 또 이 절에는 세조의 어필(御筆)이 있었다고 하나 현존하지 않는다.