Chùa, động Thiên Tôn được phát hiện vào thời Hùng Vương. Động thờ thần Thiên Tôn, vị thần trong truyền thuyết ở Hoa Lư thế kỷ 10. Theo các thần tích các làng Bích Đào, làng Đại Phong ở Ninh Bình thì thần Thiên Tôn là vị thiên thần, nguyên là một hoàng tử, do hoàng hậu nằm mộng thấy nuốt mặt trời, có thai rồi sinh ra ngài vào ngày mồng 3 tháng 3 năm Khai hoàng thứ 25 (năm 625), gọi là Huyền Nguyên. Lớn lên hoàng tử dũng mãnh hơn người, đi khắp thiên hạ, vào núi Dũng Dương (ở Hoa Lư, Ninh Bình) tu luyện 42 năm, khi đắc đạo có thể bay lượn, biến hóa, tận trừ tà ma quỷ quái. Ngọc Hoàng ban cho thanh kiếm Tam thai thất tinh và phong làm Bắc phương Trấn Vũ đại tướng quân. Sau này thần Thiên Tôn phóng gươm ở dưới núi Cánh Diều (Ninh Bình) mà hóa.

Năm 938, Cao Đô Đường Thái sư cho xây đền ở cửa động Thiên Tôn, tạc tượng tay chống bảo kiếm, chân đạp lên rùa rắn và ban sắc phong là Trấn Vũ An Quốc đại vương... Đinh Tiên Hoàng khởi nghĩa ở động Hoa Lư được hai tướng Rùa, Rắn của thần giúp sức nên thần được sắc phong là An Quốc hoàng đế, trở thành một vị thần trấn trạch và bảo vệ cửa ngõ tiền đồn phía đông kinh đô Hoa Lư.

Động Thiên Tôn là một quần thể di tích động, chùa, đền nằm ở cửa ngõ phía đông cố đô Hoa Lư. Động gồm có hai hang: Hang Ngoài và hang Trong. Ngay cửa hang Trong có một Long Đĩnh làm toàn bằng đá xung quanh đều chạm khắc nổi rồng mây. Trong toà Long Đĩnh chỉ đặt một tượng Thiên Tôn bằng đồng, đứng trên lưng rùa. Tượng được trang trí nhiều màu sắc rực rỡ. Hai tay thần để trước ngực, nắm trắc đốc kiếm thần, chống mũi kiếm xuống lưng rùa. Vì thế động được gọi là động Thiên Tôn. Đến thời nhà Đường đô hộ, đạo sỹ Cao Biền đã cho xây dựng đền thờ Trấn Vũ Thiên Tôn hòng trấn long mạch đế vương sẽ phát tại vùng này.

Chùa, động Thiên Tôn nằm quay về hướng nam, đây là một trong bốn công trình được xây dựng nhằm trấn giữ bốn phương huyết mạch trên mảnh đất cố đô Hoa Lư. Đó là: Đền Thần Thiên Tôn ở phía Đông, Đền Thần Cao Sơn ở phía Tây, Đền Đức Thánh Nguyễn ở phía Bắc và Đền Thần Quý Minh ở phía Nam. Chùa, động Thiên Tôn thuộc khu vực núi Dũng Đương, thị trấn Thiên Tôn, Hoa Lư, cách thành phố Ninh Bình 7km về phía bắc. "Dũng Đương sơn" hay "Vũ Đương sơn" có nghĩa là núi chắn dòng nước mạnh từ trên chảy xuống. Ba chữ "Dũng Đương sơn" cũng được viết dưới cổng vào trong động thờ thánh Trấn Vũ Thiên Tôn. Trấn Vũ Thiên Tôn hay Chân Vũ Đế Quân chính là Huyền Thiên Thượng đế Kim Thuyết hóa thân, với vai trò tổng chỉ huy thiên binh, thiên tướng, được cử xuống trần để trừ yêu, dẹp loạn.

Thiên Tôn là vùng đất "tú thủy kỳ sơn", địa thế núi sông hòa phối, công thủ vững vàng nên vua Đinh Tiên Hoàng và vua Lê Đại Hành đã lấy động này làm tiền đồn, vọng gác tiền tiêu cho kinh thành Hoa Lư và là nơi tiếp đón các sứ thần nước ngoài trước khi vào kinh đô. Trong động Thiên Tôn hiện vẫn lưu giữ được nhiều hiện vật thờ tự có giá trị văn hóa, lịch sử như 18 tượng la hán, hệ thống nhang án, bệ thờ bằng đá... được chạm khắc rất công phu, tinh xảo. Đặc biệt, còn có quả chuông kích thước khá lớn, có bốn núm, phát ra bốn kiểu âm thanh khác nhau, niên hiệu Cảnh Hưng (1740 - 1786).

Chùa và động Thiên Tôn còn là nơi gắn liền với những sự kiện lớn của đất nước. Vào những năm 1930 - 1945, động Thiên Tôn là nơi trú chân của các chiến sỹ cách mạng ở các vùng lân cận như Nho Quan, Gia Viễn, Gia Khánh. Tại đây quân và dân Ninh Bình đã giương cao ngọn cờ, khởi nghĩa chiếm lại chính quyền ở tỉnh lỵ Ninh Bình từ tay phát xít Nhật.

Với giá trị đặc sắc về văn hóa, lịch sử, tâm linh, năm 1962, quần thể di tích chùa và động Thiên Tôn đã được xếp hạng là di tích lịch sử tâm linh cấp quốc gia. Lễ hội chùa, động Thiên Tôn được tổ chức vào ngày 6 đến 8/3 âm lịch hàng năm.