도솔암의 정확한 창건사실은 알 수 없으나, 사적기에는 선운사와 함께 백제때 창건되었다는 기록이 전해진다. 신라 진흥왕이 말년에 왕위를 버리고 도솔산의 한 굴에서 머물고 있었는데, 어느 날 밤에 바위가 쪼개지며 그 속에서 미륵삼존불이 출현하는 꿈을 꾸고 이에 감응하여 중애사, 선운사, 도솔사 등 여러 사암을 창건하였다는 것이다. 미륵삼존의 출현이나 도솔이라는 이름 등은 도솔암을 미륵신앙을 바탕으로 창건된 사찰임을 추측하게 한다. 특히 도솔암 서편의 거대한 암벽에 새겨진 마애불좌상은 고려 초기의 마애불 계통 불상으로 크게 주목받고 있는데 사람들이 이 마애불을 [미륵불]이라 부르고 있는 데서도 도솔암과 미륵신앙의 깊은 연관성을 말해준다.
현재 도솔암의 전각은 대웅전, 나한전, 도솔천내원궁, 요사 등으로 이루어져 있다. 동학농민혁명 무렵 동학의 주도 세력들이 현세를 구원해 줄 미륵의 출현을 내세워 민심을 모으기 위해 마애불좌상 가슴 중아의 신기한 비결을 꺼내가는 사건이 발생하기도 하였다고 한다.