始建于明朝天顺年间，名为“顺天保明寺”。
清初时毁于大火，康熙五十年（1711年）重修，改称“显应寺”，俗称皇姑寺。
清光绪九年(1883年)，重加修葺。
民国24年（1935年），再次修葺。
新中国建立后皇姑寺为西黄村小学校舍，上世纪90年代八大处农工商占用，2006年石景山区文化委接收时，由于年久失修，原建筑已经面目全非。
2007年，作为北京市“人文”奥运文物保护计划项目之一的皇姑寺修缮工程正式启动，这也是皇姑寺百余年来最大的一次修缮。
一期修缮工程主要范围包括天王殿、观音殿等，修缮面积1124.35平方米。经两年施工，一期修缮全部完成，并通过市文物局文物工程监督站的质量评估，通过了相关验收。二期修缮，主要复建药师阁、吕祖殿东配殿，修缮观音殿西配殿，基本恢复该寺明清时期的格局。
2014年，第二期修缮完成，石景山文物部门现正在筹备布展，这里将成为石景山区文物博物馆。