鐵佛寺始建于南朝梁天監年間（502-519年）原名開元寺，初為尼寺。唐武德元年（618年）改為僧寺。開元二十六年（738年）改為開元寺，供唐明皇 真容。北宋乾興初（鐵觀音基座盆銘為天圣三年，即1025年）有僧鑒真鑄鐵觀音像，置于開元寺東南隅（即開元寺東廊），號鐵觀音院。
熙寧元年（1068年）易賜“壽圣觀音禪院”，南宋紹興二十二年（1152年）改為“廣福觀音禪院”，內供鐵觀音像。元末（1368年）廣福觀音禪院毀于兵亂，僅存鐵觀音像。明洪武二年（1369年），移寺于今址，改名為鐵佛禪寺。
文化大革命時期，釋迦牟尼等三尊佛像被焚毀，鐵觀音因煉而不化幸存，并被稱為“東方維納斯”。
1978年，鐵佛寺重修一新。充實幾件珍貴文物，增置原存天寧寺的唐會昌三年（843年）“佛 頂尊勝陀羅尼經幢”和元代趙孟頫手書“天寧萬壽禪寺”巨碑等二件珍貴文物，及日本寶永三年（1706年）造銅鐘（高1.6噸，重約1.5噸）一只。此外院 內還有一口距今500多年的漢白玉古井。
寺分前殿和后殿，前殿正中有一尊鐵觀音造像。后殿正中陳列一口日本銅鐘，后壁鑲有元朝大書法家趙孟頫書寫的《天寧萬壽禪寺》巨碑。鐵觀音、日本銅鐘和趙孟頫書寫的巨碑，被稱為鐵佛寺的三件寶。
修整后的鐵佛寺，紅墻迤邐，花木扶疏，已是湖州人民的游覽之所，國際友人也常來觀光。1981年，浙江省人民政府重新公布鐵佛寺為省級重點文物保護單位。
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