牛头寺位于长安区韦曲镇东南少陵原畔，距西安城约12公里，是唐代樊川八大寺之一。寺踞原畔勋阴坡，远眺终南诸峰，翠屏万仞，俯视樊川，稻畦蔬町，溪桃堤柳，烟水明媚，在唐代不仅为佛教名刹，也是长安城南风景胜地。唐代诗人司空图《牛头寺》诗：“终南最佳处，禅诵出青霄，群木沉幽寂，疏烟泛泬寥。”写出牛头寺的风景清雅幽静。
牛头寺建于唐贞元十一年(795)，又一说始建于唐贞观六年(632)，宋太平兴国年间(976—983)改名为福昌寺，元佑元年(1086)复名牛头寺至今。据张礼《游城南记》载，唐代的龙堂塔院尚存，寺内有徐士龙所撰碑(到明代已佚)。寺宇建筑宏丽，又有杏花坪，九龙潭诸名胜。武则天曾到此观赏过，并赋诗《游九龙潭》纪胜，写道：“岩顶翔双凤，潭心游九龙，酒中浮竹叶，杯上写芙蓉。”把她置身于秀美环境中饮宴的雍容华贵情景，写得真切生动，读之令人神往。九龙潭泉水甘冽，千百年来取之不竭。据《咸宁长安两县续志》记载，清光绪二十六年，八国联军攻陷北京，慈禧太后挟光绪帝西逃驻跸西安时，每天派人取泉水供其饮用。今寺前坪台下有“九龙潭”标志，仍有一小股清澈的泉水汩汩向下自流。元末明初，寺院渐衰，明嘉靖五年(1526)，为纪念唐代伟大诗人杜甫，在寺内建杜工部祠，后又移于寺东院。
关于牛头寺何以得名，有一个有趣的故事。传说牛头寺的第一祖师遍照禅师，其道行高于净业寺的律宗创始人道宣律师。一日，遍照应道宣邀请赴宴，遍照知其有比高下之意，届时负一牛头前往赴会。道宣以礼相迎，并设宴招待，但因柴火不继，菜肴未能及时做好，遍照一再催促，并说：菜即未妥，我负一菜，请试用之。遂将所负牛头置于案上，自己大嚼起来，道宣惊异。遍照吃罢，坚辞离去，道宣随后追至沣峪口外，见遍照正在峪右破腹洗肠，从而深知遍照禅师的道行高于自己。从此，人们将遍照禅师称为“牛头师”，将其所创建的寺院称为“牛头寺”。
明代，牛头寺作为秦王朱樉藩邸香火院，自然会得到修葺和保护。赵崡《游城南》记说： “寺，地胜如华严而庄严过之。”说明当时寺容的景况。清光绪年间，卧龙寺方丈东霞禅师增修山门、佛殿和左右廊庑。民国时期，寺院虽衰，而殿宇仍存。1931年，太虚大师的《辛未陕西杂咏八首》有“杜顺清凉塔尚留，华严礼罢礼牛头”之句。可见牛头寺在近代还为宗教学者所重视。
解放初，寺仍占地20余亩，有大殿五间，后殿(法堂)五间，金刚殿三间及僧寮十余间。寺塔毁于民国年间，但后殿内毗卢遮那佛像及“牛洞”内韦驮、伽蓝像尚存。大殿前有石经幢二，一为沙门词浩书，乾符六年(879)立的陀罗尼经幢，另一为不空三藏奉制译的阿阇如来根本灭恶趣陀罗尼经幢。寺住—僧， “土改”中自由离去，后为县文教单位占用。大殿在70年代由于危漏被拆除，后殿内佛像“文化大革命”中被砸毁。近年来，在落实宗教信仰自由政策中，僧人果林发愿，住持寺事，在政府有关部门支持下，各方募资，重修殿宇。
现在的牛头寺，有重新修复的佛殿(原法堂)五间，有金刚殿三间，西廊房五间，大小窑洞六孔，另有新建僧客房五间，住僧五人。佛殿建筑古雅，雕梁画栋，墙壁丹青，庄严宏丽。佛殿右前方有唐植龙爪槐一株，树身高丈许，牛已枯朽，而支干旁逸横出，盘曲如龙，枝叶婆娑垂地；左前方，以奇绝著称的千年“四季柏”，树身扭曲倒伏，虽老态龙钟，犹枝叶苍翠，生机勃勃。有名的唐乾符陀罗尼经幢依然竖在殿前，风雨刹蚀，字迹概认不清。
牛头寺，现为县级重点实物保护单位。左邻杜公祠；右侧坪台下有杨虎城将军陵园，三者毗连，各有千秋。寺内花木葱郁，浓荫蔽日，实为今日西安城南的游览胜地。
