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往時は「日本七大霊場」の一ヶ所にも数えられた寺。ここから出羽三山へ向かう行者の列は「湯殿まで笠の波打つ大井沢」と詠まれたほど。
大井沢中村地区にあり、大日寺の開基は、旧記（妙学坊文書）に「大祖弘法大師天長年中（824～833）湯殿山を開かれ、また、大日寺も創建したまう」とあり、本道寺、大日坊、注連寺と同じ時期の開基と考えられる。 大日寺は湯殿山別当四ヶ寺の1つとして、江戸時代中期以降に最も繁栄し、貞享年中（1684）勅命により、国家鎮護玉体安穏の祈願寺として免許される等、また、江戸の誕生院よりは二百八十匁の大鐘が奉納される等、日本七大霊場の1つに数えられるまでに至った。 大井沢の里は、白衣の行者によって埋め尽くされ「湯殿まで笠の波打つ大井沢」と歌にまで詠まれたのは、こ の時代である。
御朱印は四石五斗、境内三丁四方このうち、本堂、山門、惣天門、金蔵院、妙智院、蓮華院、福蔵、地蔵堂、山王堂、五智堂、大師堂、鐘 楼、庫裏、台所、門前家来六軒七坊があり、外に宿坊は二十六坊、明治初期までの繁栄が推察されます。
明治元年（1868）神仏分離令の公布と共に諸仏は縁ある寺院に流され、明治７年（1875）遂に寺号を返上し、翌明治８年（1876）摂社湯殿山神社と改称された。 明治３６年（1904）12月、火災により山門鐘楼を残し一切を焼失し現在に至っている。