Die Geschichte des Tempels reicht weit zurück. Der Legende nach sollen drei Fischer im Jahre 628 eine 5 cm große goldene Kannon-Statue in ihrem Netz gefunden haben, die dann verehrt wurde. Im Jahre 645 errichtete der Priester Shōkai an der gegenwärtigen Stelle einen Tempel. 942 wurde der Tempel von Taira no Kinmasa, damals Awa-no-kuni no kami, wiedererrichtet. 1180 besuchte Minamoto no Yoritomo auf dem Wege von Shimōsa nach Kamakura den Tempel. Yoritomo holte später Handwerker vom Tempel nach Kamakura, um den Tsurugaoka Hachiman-gū zu errichten. In den Berichten darüber taucht zum ersten Mal der Flurname Asakusa auf. Der Tempel brannte 1642 ab, dann beim Kantō-Erdbeben und im Zweiten Weltkrieg, wurde aber immer wieder aufgebaut, zuletzt 1958 unter Verwendung von Stahlbeton.

Während der Sensō-ji früher zur Sekte Tendai-shū gehörte, dann zum Kan’ei-ji, ist er inzwischen Haupttempel einer eigenen Richtung, Shōkannon-shū. Er ist der 13. der 33 Tempel auf dem der Kannon gewidmeten Pilgerweg Bandō junrei in der Kantō-Gegend. Gleich neben der Haupthalle befindet sich ein Shintō-Schrein, der Asakusa-jinja.