据记载，南齐永明四年（486年），僧护见仙髻岩的崖壁上有佛光出现，于是发誓要在此岩壁上雕刻弥勒佛大像。但在他的有生之年只成造像的面幞，临终前仍发誓“来生再造成此佛”。后来僧淑续凿，但也没有成功。直到梁天监六年（507年），梁建安王肃伟派僧佑主持续凿工程，终于在天监十五年（516年）大功告成。据《嘉泰会稽志》载，唐会昌五年（845年），石城建瑞像阁三层。唐广明年间（880-881年），寺院毁于战火。

五代后梁开平元年（907年）；石城寺遭火焚。后梁开平三年（909年），吴越王钱镠钱八千万，起弥勒宝阁三层及殿宇300余间，赐寺名为“瑞像寺”。宋大中祥符元年（1008年），奉沼改“瑞像寺”为“宝相寺”。

明洪武年间（1328-1388年）称石佛寺。明朝永乐九年（1411年），重建毗卢阁，三层五极，高十三丈五尺，改寺名为毗卢阁。后道兵燹，殿堂均毁，唯十丈金身石弥勒佛像独存。

清康熙年间（1662-1722年），重修大殿，装裱金容，寺貌变新，称南明寺。清咸丰年间（1831年-1861年），寺院再度被毁，光绪年间（1871-1908年）重建，后称大佛寺。清朝末年，重建五层高阁，重装大佛及罗汉像。民国十四年（1925年），在寺门口立碑，上书“大佛寺”。至此，寺庙改称大佛寺，沿用至今。

新昌大佛寺共25平方公里，坐西朝东。大门后是观景步道，左侧有双林石窟，千佛院及佛心广场，右侧主要有射雕村，木化石林恐龙园，天然圣境，佛山圣境，五百罗汉洞，般若谷及栖光禅院，寺院最后则为南朝古刹。

新昌大佛寺的主要建筑有天王殿、西方殿、大雄宝殿、大佛殿、地藏殿、藏经楼、隐鹤楼等，还有千佛院、智者法塔等。此外还有朱子题字、隐岳洞、无量桥、放生池、龟化石，回音壁、米萧所书“面壁”题刻、古银杏、解开岩、仙客岩、七雨头、月峡等景点。放生池在大佛寺外山门内，池水南面岩壁“南无阿弥陀佛”为弘一法师手迹，“放生池”三字为钱思廉所书。

栖光净院始建2004年，是大佛寺的下院，设有三殿（天王殿、三圣殿、地藏殿），三楼（钟楼、鼓楼、藏经楼），三堂（讲经堂、觉海堂、茶禅一味堂）及三塔（支遁尊舍利塔、悟道方丈舍利塔、万佛宝塔）。其中九层栖光净院万佛宝塔于2010年10月27号开光。

弥勒佛石像，雕凿于悬崖绝壁之中，历时约30年才全部雕成，是中国早期石窟像在南方仅存的伟迹。石佛座高2.4米，正面趺坐像高13.2米，阔15.9米，两膝相距10.6米，耳长2.7米，两手心向上交置膝间，掌心可容10余人。距今已有1600年历史，是江南早期巨型石窟造像的代表作，历史文物价值可与闻名中外的敦煌、云冈、龙门石窟造像媲美。南朝著名文艺理论家刘勰赞曰：“不世之宝，无等之业”。后人称为“江南第一大佛”

千佛禅院位于大佛寺西北约300米，紧邻大佛寺的外山门，是除大佛之外的另一处石窑造像。因石窟内佛像总数超过一千，故名千佛禅院，俗称千佛岩。据统计，石内共有佛像1075座，大的有1米之多，小的仅数寸。千佛禅院前身是高僧于法兰创建的元化寺，成寺于公元345-356年。

据史料记载和学者们探讨的结果表明，昙光到新昌石城时，佛教传入中国不过150年，由于多位高僧在此研究与传播佛法，由此在浙东一带出现了中国佛教史上的“六家七宗”。众多高僧与名士在新昌的活动将中国的佛教学研究推向了高潮，并在取得研究成果的基础上逐步向长江流域和黄河流域传播与渗透，这也理所当然地成了佛教界将新昌大佛寺作为佛教圣地的最主要理由。

南北朝时期，战乱频繁，民不聊生。人们相信弥勒菩萨佛法无边，能够普度众生，拯救黎民百姓脱离苦海。石弥勒像和千佛造像，揭示了人民饱受战争痛苦的精神世界和渴望社会和谐的强烈愿望，通过具有时代特征造像题材和形式折射了当时的现实生活。以大佛、千佛为代表的新昌宗教文化，是新昌地域文化中最具特色的文化。

石弥勒像，融天竺风味与民族风格于一体，体现了南朝士大夫信仰与思辨相结合的精神世界，在中国文化史上有其一席之地，范文澜先生的《中国史简编》、翦伯赞先生主编的《中国史纲要》及金维诺所作的《中国美术史论述》中都作了记叙。其《梁建安王造剡山石城寺石像碑》记传世至今，是新昌大佛寺大佛最早的文字记载，是中国石窟南朝宗教、造像及文学的宝贵文献。

千佛岩造像现虽已残损，但仍保持了南朝风貌，是南方地区迄今为止发现的雕凿年代最早的石窟造像，是研究中国南朝佛教造像艺术的重要实物例证之一，具有较高的历史和艺术价值，被载入《中国百科全书（美术卷）》、《世界美术大全·南北朝卷》。