都兰寺全称“噶丹桑阿玉仁佩林”，意为“具喜密宗增益洲”，因位于都兰河畔故俗称都兰寺。其历史最早可追溯到元世祖元年(1271年)。据说当时有位叫阿嘉措的禅师隐目在塔延森林中坐禅，相传他很有法术，信仰藏传佛教。其后相继有索南嘉措、元丹嘉措、罗桑桑丹、罗桑益希、罗桑阿旺毛兰木等颇有名气的五位禅师，次第在这里坐禅，至今在塔延森林中尚存几十处禅房遗址。明万历六年(1578年)三世达赖喇嘛索南嘉措与俺答汗的会晤，促进了藏传佛教在蒙古族中的广泛传播。明万历十一年(1583年)，三世达赖喇嘛索南嘉措又到塔尔寺讲经。此时，道希汗禅师专程到塔尔寺朝拜，得到三世达赖喇嘛准许，在塔延山口修建了一所静虑室(禅室)，这就是都兰寺的雏型。
明崇祯七年(1634年)霞巴丹津呼图克图来到塔延山口静虑室主持寺院佛事。清顺治元年至四年(1644-1647年)间由他在静虑室的基础上修建了一座正规的格鲁派寺院，这就是闻名于青海蒙古族地区的都兰寺，霞巴丹津呼图克图后来历辈转世封号为丹津呼图克图，成为该寺寺主。
清康熙二十六年(1687年)，从二世丹津呼图克图楚臣嘉措起该寺实行时轮修供仪轨，并增设了时轮经院，扩大了寺院规模，从清雍正三年(1726年)起，清朝政府对青海蒙古实行编旗制。清雍正十三年(1735年)，当地蒙旗首领入京朝拜清世宗，世宗皇帝高度赞赏了都兰寺的佛事活动，并赏赐了一对木制竖匾和在黄缎子上用金汁书写的奖状，以及扶持该寺佛事活动的银币等。清乾 隆元年至三年(公元1736-1738年)间，在该寺大院内修建了一座四合院王府，俗称“供老爷庙”，从此左翼各王公台古都相继于此寺设立行署。当时该寺有属民1600余户，并有500余户藏汉民户加人蒙古族籍。民国17年(公元1928年)都兰理事改为都兰县，设都兰县衙，设置防军于该地。这里为左翼盟各旗互市之所，商务甚盛。该寺在柴达木30余处佛寺中最为著名，有僧众1000余名，房300余间，和一座36根柱子的大经堂。寺院阿拉巴特属(民)200余户有数千只牲畜，以牧猎捞盐为生。据说该寺对佛法及经典的理解，较东部各寺为高深，故常有高僧出现，如当时在安多地区称为索南三尊者之一的索南达娃，就是该寺时轮院中的高僧之一。此外原静虑室的100多名道行高深的禅徒在家潜修，人们称为仁增巴(持明者)。
清乾隆末年六世班禅罗桑贝丹意希去北京时路过都兰寺，祈祷天下太平，众生安居乐业。咸丰元年和清光绪二十二年(公元1896年)该寺曾两次受到严重破坏，除大经堂外，其它大部分房屋被烧毁，寺内保存的珍贵文物及历史书籍也化为灰烬。
民国6年(公元1917年)由八世丹津呼图克图罗桑丹贝尼玛重建都兰寺，不久修复。民国年间苛捐杂税日甚，民族械斗日益增多，牧民群众生活困苦，寺院的收入减少。民国21年住寺阿卡由1919年的40人减少到20余人。直至解放，住寺僧侣一直仅20余名，其中活佛2名；房屋114间，其中，28根柱子的经堂2座，36间，僧客房40间，拉让(活佛住宅)5间，厨房5间，时轮大塔周围的嘛呢房28间；牲畜250余头，耕地300余亩。水磨1盘。生活比较富裕。
1955年起，由八世丹津呼图克图(清王朝对大活佛的封号)主持，扩建都兰寺，建成有30根柱子、两层楼房的大殿，共32间，其下院为僧舍，共15间，另外，专修烧施堂1座，共9间，上下两院共有56间。当时，有一僧侣136名，新旧2座寺院共有房屋170间。其中，68间的3座经堂，9间的一座烧施堂， 50间的僧客房，28间嘛呢房，10间厨房，5间拉让。牲畜700余头，耕地300余亩，水磨1盘。
都兰寺50年代末被拆毁。1979年之后，八世丹津呼图克图在热心僧众的积极参与、支持和信教群众的积极帮助下，重新恢复了都兰寺，恢复后的都兰寺有僧侣46名，房屋87间。其中，20根柱子的经堂1座，共12间，其周围有18间嘛呢房；僧客房9间，厨房2间，时轮大塔1座，周围有24间嘛呢房；新建上下两院的拉让1座，拉让内供有多闻天王，兄妹护法，天王身等卷轴画像。上院为砖木结构的两层楼房，共10间。上层殿内供有释迦牟尼佛像，端坐正堂，两侧侍立着他的两位大弟子，即合利佛和目健连，宗喀巴师徒三圣像皆为镏金铜像，各高约5尺许。一侧依次供有药师八如来塑像，以及智慧之神文殊菩萨像；另一侧供有格鲁派创始人一代宗师宗喀巴大师镏金塑像，高约4米，两侧塑像为大师的两大弟子即甲曹杰和克主杰，各高约7尺，藏文史籍中常称其为“师徒三圣”。殿堂两侧书龛中供有整套用金汁写成的《甘珠尔》大藏经，全套共108函，每函约重六七十斤。据说，一只雄健的骆驼也只能驮四函。此外尚有1部金汁书写的《般若八千颂》。历史上，这两套佛经被公认为青海境内珍藏的精品。墙壁两侧还供有许多精制的宗喀巴小镏金铜像，据传有千尊之多。殿内还供有历辈丹津呼图克图的银制舍利塔。此外殿内还珍藏有许多藏传佛教所独有的艺术珍品卷轴画，如千手千眼观世音像，密宗事部三怙主、集密、胜乐、怖畏金刚等密宗本尊像，以及大黑天、阎罗王、吉祥天女等各路护法神像。楼下供有宗喀巴师徒三圣像，高约2尺。正中为六世班禅贝丹意希的法座。下院为客房，共12间。现在寺院宗教生活正常，一年四季前去朝拜的蒙古族信佛群众络绎不绝。
