大鳥連が祖神を祀ったのが始まりだと考えられている神社です。延喜22年（922年）の「大鳥大神宮五社流記帳」では神階は正一位勲八等とあり、延長5年（927年）の『延喜式』神名帳では、和泉国唯一の名神大社となっています。鎌倉時代には、同郡の大鳥美波比神社・大鳥鍬靫神社・大鳥井瀬神社・大鳥濱神社と「大鳥五社」を形成し、泉穴師神社・聖神社・積川神社・日根神社とともに「当国五社大明神」を形成し、信仰されてきたと言います。
近代社格制度おいては、明治4年（1871年）5月に官幣大社に列しました。
祭神については天照大神を祀っていた時期が長かったと言われていますが、政府の意向により明治になってから大鳥連祖神（天児屋命）に祭神を変更したということです。その後昭和36年（1961年）に日本武尊を祀りました。
大鳥造の本殿は古代神社建築の一つです。