1974年，宝莲禅寺获得政府以象征式地价批出地广6,567平方米的木鱼峰以建造大佛。寺方于1981年12月26日正式成立“宝莲寺筹建天坛大佛委员会”，专责研究筹建工作，包括审定佛像艺术造型、建筑材料及施工细则等。
1982年4月，由广州美术学院的侯瑾辉负责制作大佛最初的石膏模型。其间不断与负责大佛形象的艺术家斟酌商讨，八易其稿，至1984年2月始完成一比五的石膏模型，并于1986年9月26日由水路从广州运抵南京。大佛的实际铸造、加工和安装，主要由中国航天南京晨光机器厂（现中国航天科工南京晨光集团）负责。在南京完成铸造后，于1989年4月以海路付运香港，1989年10月13日，大佛最后一块铜壁安装完成。1993年12月29日，“天坛大佛”正式开光。
天坛大佛在2020年6月2日开始大规模维修保养工程。工程分两阶段，第一阶段是保养佛身，佛身外围搭建了金属棚架，以重塑保护漆。夜间会有白色灯光效果将大佛外形呈现。2021年1月23日，随着维修棚架搭建工作完成，基座一楼功德堂重新开放予善信参观。2021年8月中，佛身翻新工作完成，围绕大佛金属工作台拆至莲座高度，大佛脸容重让公众观瞻。第二阶段工程亦紧接展开，主要涉及莲座、大佛平台及长楼梯。维修期间相关场地局部关闭，展览厅维持开放。[2]