温泉寺古为缙云寺下院，庙宇辉煌，石雕甚众，寺内香火兴旺。后经北周武帝和唐武宗两度灭佛，毁坏严重，唐贞宗时期重建庙宇，并在后山岩间刻摩崖佛像。北宋景德四年(1007年)，温泉寺受朝廷封赐为崇胜禅院。明、清时期，可算是温泉寺的黄金时代，庙宇得重新修建，同时在寺前建造了接官亭，寺后迎流砌池，广方四丈，上翼以亭，无论天晴落雨，游人均可下池沐浴，并利用温泉水源和地形，修建了戏鱼池、半月池等，供游人观赏。
1259年2月蒙哥兵临合川钓鱼城。蒙哥东征西讨，所向披靡，然而在钓鱼城主将王坚与副将张珏的顽强抗击下，却不能越雷池半步。1259年7月，蒙哥被城上火炮击伤，后逝于温泉寺。
缙云寺下院，创建于南朝刘宋景平元年（公元423年）。南齐中设东阳郡后，寺内香火兴旺一时，庙宇辉煌，石雕甚众。后经北周武帝和唐太宗两度没法，毁坏严重，唐贞宗时期幽谷净满禅师重建庙宇，并在后山岩间刻上了摩崖佛像。唐乾符元年（公元874年），宏济和尚又进行重修。宋王象之《舆地纪胜·重庆府景物下》云：“唐乾符中置温泉寺。”唐代诗人陈玉白、王摩诘、杜子美、李义山等，都曾游历或下榻过温泉寺，司空图在此题诗云：山容地脉本清凉，不解为霖却作汤。草木龟鱼因熏煮，漫赢法塔宛僧坊。
北宋真宋景德四年（公元1007年），温泉寺被朝廷封赐为崇胜禅院。宰相丁谓来游，咏有《游温泉寺》五律一首诗中写道：“客到留新句，人闲咏旧文。”反映出当时就有不少的名流学士留诗而去。据《重庆府志》、《璧山县志》和《巴县志》记载，均称温泉寺“题咏甚众”，“诗碑林立”。北宋景德与大中祥符之间，推官彭应求出任渠阳幕史，去合州上任途中，夜宿温泉寺，题五律《宿温泉佛寺》诗于寺壁，诗云：公程无暇日，乍得宿清幽。始觉空门客，不生浮世愁。温泉喧古洞，寒磬度危楼。彻晓都忘寐，心疑在沃州。
嘉庆元年（公元1056年），理学家周敦颐签署巴川郡判官厅公事，舣舟温汤峡，读到此诗，赞不绝口，作序刻石立于温泉寺中，成为温泉寺历史上的一段诗韵佳话。事过163年后，南宋嘉定十二年（公元1219）冬，重庆知府庹性善，发现早已湮没的此碑，如获至宝，将其复制，并为其作“跋”，收入《周濂溪集》中。
南宋开庆元年（公元1259年），元宪宗蒙哥率军攻打合州钓鱼城，中炮风死于温泉寺中。明万历《合州志》载：“元宪宗为炮风所震，因成疾，班师至愁军山，病甚……次过金剑山温汤峡而崩。”从此，温泉寺之名，遂列上正史。
明、清两代，可算是温泉寺的黄金时代。明成化年间，温泉寺重新进行了修建，同时在寺前建造了接官亭，寺后迎流砌池，方广四丈，上翼以亭，游人天晴落雨均可下池沐浴；并利用温泉水源和地形，修建了戏鱼池、半月池，供游人观赏。这时的温泉寺，香客游客，络绎不绝。有文官武将，有骚人墨客，有僧伽凡士……他们来这里观山玩水，吟诗作赋。诗人刘道开来游后题诗《温泉寺》，诗末有注：“在巴、合之间，三峡之第二也。”诗云：两崖环抱时王居，峡邃林深静有余。几个长松巢野鹤，一池温水跃神鱼。僧无白社能供酒，客在青豆好读书。蜀道清华真富贵，鼓声过后不如初。
清乾隆《巴县志》载：“出江岸攀石蹬曲上，至温泉寺。石壁万仞，古树虬蟠，云根泉泻，分窦而出，与松涛相应，水清澌无沉点，无磺气。昔人迎流砌池，方广四丈许，上翼以亭，严冬可浴……泉流绕万丈，至大雄殿前汇为大池，沸水中绿藻参差，赤鱼游泳，复转回廊至山门外，悬岩作瀑布，鸣玉飞雪，穿云而下，殆为各温泉之冠云。”《重庆府志》称：“温泉崇胜寺在峡西南，题咏石刻林立。”《璧山县志》云：“有泉涌出如汤，腾沸可浴，游人题咏甚众。”至今还存有明代诗碑十数方，诗数十余首。自明代起，一直到清同治前，温泉寺都很兴旺发达。产业大，僧人多，富甲一方。人称“温三千，禅八百，杉木园的和尚惹不得。”足见其势力之大。
现存的温泉寺为明、清两代建筑，殿分四重，依次为关圣殿、接引殿、大佛殿、观音殿。在明成化年间重建时，为一门三殿。清乾隆年间，将山门改建为关圣殿，同治年间又将观音殿改建为铁瓦殿。