Selon les archives historiques et les stèles conservées, la pagode Tam Thai a été érigée vers 1630, sous la dynastie des Le postérieurs, à une époque où le Dang Trong (Cochinchine) s'affirmait comme un carrefour commercial et culturel florissant. De modeste ermitage de montagne, Tam Thai est progressivement devenue un lieu d'étude et de diffusion du Dharma pour de nombreuses générations de moines, parmi lesquels le maître zen Hung Lien, une figure éminente de l'histoire du bouddhisme au Dang Trong à la fin du XVIIe siècle.
Le maître zen Hung Lien est reconnu pour son rôle majeur dans l'introduction de l'école zen Caodong au Dang Trong et dans l'établissement de la communauté monastique à Tam Thai. Dès lors, la pagode ne servit plus uniquement de sanctuaire de culte, mais occupa une place prépondérante dans la vie religieuse de l'époque. Le nom « Tam Thai » provient de la configuration même de la montagne : trois collines successives au sommet de Thuy Son forment trois paliers naturels, évoquant la constellation des Trois Étoiles (Tam Thai) dans l'astronomie ancienne d'Asie orientale.

L'histoire de la pagode a également été marquée par de nombreuses vicissitudes. Sous la dynastie des Tay Son, Tam Thai a été lourdement dévastée par les guerres. En 1825, sous le règne de Minh Mang, la pagode fut reconstruite avec faste à grande échelle. L'empereur lui conféra le titre de Pagode nationale (Quoc Tu) et lui offrit une plaque honorifique portant l'inscription « Ngu che Tam Thai Tu » ainsi qu'une médaille d'or en forme de cœur de flamme gravée de sa calligraphie impériale. Ces précieux trésors y sont toujours conservés aujourd'hui.
Par la suite, la pagode Tam Thai connut de nouvelles épreuves et campagnes de restauration. En 1901, un violent typhon endommagea gravement l'édifice ; il fut reconstruit en 1907 grâce aux donations des moines et des fidèles laïcs. Les restaurations successives de 1964, 1968, 1995–1996 et des années suivantes ont permis de préserver le monument jusqu'à nos jours, tout en conservant l'allure vénérable d'une pagode établie sur le mont Thuy Son depuis plusieurs siècles.


