Thạch Cầu là một làng cổ có lịch sử tồn tại và phát triển từ rất lâu đời. Theo nguồn tư liệu trong dân cho biết: Thạch Cầu xa xưa do người dân thôn Ái Mộ đến khai hoang, lập ấp, sau đó mới có dân từ nơi khác đến sinh sống tại đây. Từ Ái Mộ đến bãi lầy của ấp Thạch Cầu phải đi qua một chiếc cầu đá (gần chùa Lâm Du hiện nay) nên tổ tiên đã lấy tên Thạch Cầu (cầu đá) để đặt tên cho làng của mình, tên gọi là Thạch Cầu được bắt nguồn từ đó. Làng Thạch Cầu nằm ở vùng đất bãi sông Hồng, vào cuối thế kỷ XIX dòng sông Hồng lở đến sát nơi ở của dân, ruộng bãi thành sông, Thạch Cầu phải mượn đất của làng Tư Đình để chuyển dân đến ở.
Trước năm 1945, Thạch Cầu thuộc tổng Gia Thụy, huyện Gia Lâm, phủ Thuận An, tỉnh Bắc Ninh. Năm 1961, thuộc huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội. Từ năm 2003, Thạch Cầu thuộc phường Long Biên, quận Long Biên, Hà Nội.
Chùa Thạch Cầu được xây dựng vào thời gian nào hiện chưa có cơ sở để khẳng định. Căn cứ vào niên đại ghi trên quả chuông đồng “Thiên Quang tự chung” (chuông chùa Thiên Quang) được đúc vào năm Tự Đức thứ 7 (1854) thì có thể đoán định chùa Thạch Cầu đã có từ trước năm 1854. Tồn tại cho đến nay, ngôi chùa đã được trùng tu, sửa chữa nhiều lần. Kiến trúc chùa hiện nay là sản phẩm của đợt trùng tu tôn tạo vào năm 2002 - 2003. Chùa quay hướng Tây - Nam, gồm 2 tầng, tượng thờ được bài trí chủ yếu ở tầng 2, tầng 1 dùng làm nhà khách.
Chùa có sân, vườn rộng, tường bao xây xung quanh. Phía trước tòa Tiền đường xây 2 trụ biểu lớn ở hai bên, thân trụ ghi câu đối, đỉnh trụ đắp Nghê chầu. Bờ nóc đắp nổi 3 chữ đại tự “Thiên Quang tự”, mái lợp ngói ta, nền lát gạch đỏ. Mặc dù là ngôi nhà 2 tầng, song ở tầng 2 được kết cấu theo hình chữ Đinh, sắp xếp như các ngôi chùa khác, bao gồm có Tiền đường và Thượng điện, phần mái làm kiểu chồng diêm 2 tầng mái.
Tòa Tiền đường 5 gian, kết cấu kiến trúc chủ yếu là cột xi măng cốt thép, đỡ bộ vì bằng gỗ, thiết kế theo kiểu “thượng giá chiêng chồng rường”, hạ là hệ thống xà đỡ. Thượng điện 2 gian dọc nối liền với gian giữa của tòa Tiền đường, có 3 bộ vì thiết kế theo kiểu thượng chồng rường giá chiêng, hạ là hệ thống xà đỡ phần mái diêm.
Hệ thống tượng của chùa chính được sắp đặt như ở các ngôi chùa khác: trên cùng là bộ tượng Tam Thế thường trụ diệu pháp thân, đặc trưng cho sự tồn tại của nhà Phật trên trục thời gian (quá khứ, hiện tại, vị lai). Lớp thứ hai là bộ tượng Di Đà tam tôn, hai bên là Quan Thế âm và Đại Thế Chí. Lớp thứ ba là tượng Quan âm Nam Hải và Nam Tào, Bắc Đẩu. Lớp thứ tư là tượng Thích Ca sơ sinh và tòa Cửu Long. Trong cùng, giáp tường hậu là hai pho Quan âm tọa sơn và Quan âm tống tử. Bên ngoài tòa Tiền đường có đặt các pho tượng Đức Ông, Thánh Tăng, bên cạnh là hai pho Khuyến Thiện, Trừng Ác.
Hiện nay, chùa Thạch Cầu còn lưu giữ một số hiện vật đáng quý, đó là: 1 quả chuông đồng có niên hiệu Tự Đức thứ 7 (1854), tượng Thích Ca sơ sinh bằng đồng, gần 20 pho tượng lớn nhỏ nghệ thuật thế kỷ XIX - XX, hoành phi, câu đối, hương án gỗ, tam sự bằng đồng, bát hương...
Chùa Thạch Cầu là trung tâm sinh hoạt văn hóa tâm linh và có nhiều gắn bó mật thiết đến sự phát triển của lịch sử địa phương; nơi diễn ra các nghi lễ tín ngưỡng và các hoạt động vàn hóa dân gian; nơi gửi gắm những tâm tư nguyện vọng của con người trong cuộc sống hiện tại; nơi bảo lưu di dưỡng những truyền thống tốt đẹp của nhân dân địa phương.
Chùa Thạch Cầu cùng với các di tích lịch sử nổi tiếng của quận Long Biên như đình chùa Tư Đình, đền Trấn Vũ, đình, chùa Ngô, di tích Cự Khối có thể hình thành một tuyến tham quan du lịch văn hóa hấp dẫn về phía bắc sông Hồng.
Chùa Thạch Cầu ngoài chức năng thờ Phật giáo còn là trung tâm sinh hoạt văn hóa tâm linh và có nhiều gắn bó mật thiết đến sự phát triển của lịch sử địa phương; nơi diễn ra các nghi lễ tín ngưỡng và các hoạt động văn hóa dân gian, nơi gửi gắm tâm tư tình cảm của người dân. Ngoài ra, trong cuộc kháng chiến chống ngoại xâm ngôi Chùa Thạch Cầu Dõi là một trong những điểm tập kết lực lượng của bộ đội chủ lực và dân quân du kích địa phương thuộc xã Long Biên (nay là phường Long Biên, quận Long Biên) đánh vào sân bay Gia Lâm nhằm cắt chi viện cầu hàng không Gia Lâm - Điện Biên Phủ, góp phần vào chiến thắng lịch sử Điện Biên Phủ của quân dân ta.
Với những dấu tích một thời anh dũng của cán bộ, du kích và Nhân dân Long Biên nói chung, nhân dân Thạch Cầu nói riêng. Để phát huy truyền thống đơn vị phường Long Biên anh hùng lực lượng vũ trang trong thời kỳ chống Pháp. Ngôi chùa đã được nhà nước xếp hạng di tích năm 2011. Năm 2012, UBND Thành phố Hà Nội đã ra Quyết định số 5593/QĐ-UBND ngày 04/12/2012 về việc gắn biển địa điểm lưu niệm sự kiện cách mạng kháng chiến tại Chùa Thạch Cầu Dõi, phường Long Biên.