相传桃花寺原名观音寺，始建年代不详，后改名桃花寺。据《北辰文物》(北辰区政协文史委编)介绍，寺庙规模不断扩大，于明隆庆二年(1568)重建桃花口大寺。大寺分前殿、后殿，东西有配殿。殿前立有“重建桃花寺碑”。殿内初供佛祖，后供三圣。清光绪二十六年(1900)，大寺被八国联军烧毁，只剩房屋数间。清末废庙兴学，改为小学校。后几经翻修，寺庙面貌无存，现存古槐4株。
通过调查，寺庙无存，但周边未进行过大规模土方建设，因此推断基址应该尚存，占地面积约2600平方米，而两通石碑现埋于遗址西侧约300米处的废弃水闸下，作为涵洞顶石。