채운암은 고려 충렬왕 3년(1277) 도일선사가 세운 암자로 수도암이라 하였고 원래 현재의 위치에서 화양천을 건너 마주 보이는 첨성대 안쪽계곡에 있었다. 현 위치에는 효종 4년(1655) 혜일선사가 환장사를 창건하였다. 구한말 왜병의 침입으로 대웅전을 제외한 모든 건물이 불에 타서 없어지고, 1948년 대홍수로 채운암이 파괴되었다. 1949년에 남아있는 요사채의 일부를 지금 있는 자리에 옮겨 채운암이라 부르고 있다.
채운암 대웅전은 정면 3칸 측면 3칸 규모의 팔작지붕 건물로 1980년을 전후하여 창호, 단청 등을 보수하였으며 충청북도 문화재자료로 2000년 5월에 지정되었다. 사찰에 전하는 상량문에 의하면 순조 26년(1826)에 건립되었음을 알 수 있다.
채운암 대웅전에는 충청북도 유형문화재인 목조여래좌상을 본존불로 모시고 있다. 불상은 오른손을 들어 손바닥을 밖으로 하고, 왼손은 무릎 위에 올려 설법하는 모양을 하고 있다. 불상의 제작 연대를 밝혀주는 유물이 불상 속에서 발견되었고 조선 경종 3년(1723)에 만들었다는 기록을 통해 조선 후기 불상 연구에 영향을 미쳤다.