Chùa Diên Thọ được xây dựng vào thời Hậu Lê, dưới triều Võ vương Nguyễn Phúc Khoát (thế kỷ 18). Tuy nhiên, do các tư liệu lịch sử ghi chép về chùa đã bị thất lạc, thông tin về những người sáng lập và quá trình xây dựng ban đầu vẫn còn là một bí ẩn. Theo các tài liệu còn sót lại, chùa Diên Thọ ban đầu chỉ là một ngôi chùa tranh vách đất nhỏ, với nền móng mang ảnh hưởng kiến trúc Chăm Pa – một dấu ấn văn hóa đặc trưng của vùng đất miền Trung.
Qua nhiều thế kỷ, chùa đã trải qua nhiều lần trùng tu, đặc biệt là cuộc đại trùng tu vào năm 2002. Dù một số di tích gốc không còn được lưu giữ, chùa vẫn giữ được nét cổ kính và trở thành một trong những ngôi chùa đẹp nhất Quảng Trị. Bức hoành phi quý giá và các cổ vật như tượng Phật, bệ thờ Chăm Pa là minh chứng cho bề dày lịch sử của chùa.
Tên gọi "Diên Thọ" mang ý nghĩa cầu chúc sự trường tồn và bình an. Với vị trí tọa lạc trên khu đất rộng khoảng 5.000 m², chùa được bao bọc bởi cảnh quan thiên nhiên hài hòa: phía trước là hồ sen và ruộng lúa, bên phải là rừng cây xanh mát, bên trái là khu đất trống rộng rãi, và phía sau là khu dân cư đông đúc. Sự kết hợp này tạo nên một không gian vừa thanh tịnh, vừa gần gũi với đời sống người dân.

