Trong dòng lưu dân người Việt từ Đàng Ngoài vào do không cam chịu cuộc chiến tranh khốc liệt giữa hai tập đoàn phong kiến Trịnh – Nguyễn, có một nhà sư tên Thành Nhạc khi đến vùng đất mới nhận thấy bên hữu ngạn Phước Long Giang cảnh trí tĩnh mịch, địa cảnh phong quang đã dừng chân dựng một ngôi chùa đặt tên là Long Thiền vào năm 1664. Theo thuyết phong thủy, chùa Long Thiền tọa lạc trên vùng đất long mạch quý: trước chùa sông Đồng Nai án ngữ, sau lưng dựa núi Châu Thới vững chãi.
Khởi đầu, Long Thiền chỉ là ngôi chùa nhỏ, cột gỗ, vách ván, mái lợp lá dừa nước, nền đất. Trải qua bao thế kỷ thăng trầm chịu sự tác động của thời tiết và chiến tranh, tính đến nay chùa Long Thiền đã được trùng tu, sửa chữa lớn ba lần: Năm 1748, Tổ Phật Chiếu – dòng Lâm tế thứ 35 nới rộng, trùng tu Chánh điện, làm thêm nhà Tổ. Năm 1842, Tổ Tiên Đức – dòng Lâm tế thứ 37 tu bổ lại Tổ đường, xây thêm Giảng đường và Nhà trù (bếp). Năm 1952 (Nhâm Thìn), Hòa thượng Thích Huệ Thành – dòng Lâm tế thứ 40 trùng tu Chánh điện, mở rộng Giảng đường, xây thêm Tăng đường…
Long Thiền tự là ngôi chùa cổ kiến trúc kiểu chữ Tam truyền thống có diện tích gần 800m². Vật liệu xây dựng chủ yếu bằng gỗ quý, tường bao quanh xây bằng gạch thẻ tô vôi, mái lợp ngói âm dương. Chùa thờ Tam Thế Phật, ngoài ra còn phối thờ các vị Bồ tát, Địa tạng, Ngọc Hoàng thượng đế, Thập bát La hán, Thập điện Diêm vương, Tiêu diện, Đại sĩ… Tại chùa có nhiều pho tượng bằng đồng, gỗ niên đại xa xưa và các bức hoành phi, liễn đối cổ kính mang nội dung triết lý nhà Phật, nhân văn sâu sắc. Trong khuôn viên chùa, hiện vẫn còn bảo tồn ngôi tháp cổ của vị khai sáng ngôi chùa – Tổ sư Thành Nhạc và Bảo tháp của Hòa thượng Thích Huệ Thành – người có công lớn trong việc bảo vệ, trùng tu tôn tạo ngôi chùa cũng như công tác Phật sự của tỉnh Đồng Nai.
Với lịch sử lâu đời, chùa Long Thiền được xem như là cái nôi tiếp nhận và truyền bá Phật giáo từ Đàng Ngoài vào và truyền xuống các tỉnh phía Nam.
Trong cuộc kháng chiến chống ngoại xâm của dân tộc, Trụ trì, Tăng ni, Phật tử chùa Long Thiền đã có những đóng góp đáng ghi nhận. Những ngày sôi động cướp chính quyền mùa thu năm 1945, Hòa thượng Thích Huệ Thành – Trụ trì chùa đã đứng ra tổ chức Đại hội Phật giáo, thành lập Hội Phật giáo cứu quốc tỉnh Biên Hòa. Trụ sở của Hội đặt tại chùa Long Thiền. Sau hiệp định Genève, Hòa thượng Thích Huệ Thành đã phát lời hiệu triệu, tiếp tục lãnh đạo Tăng ni, Phật tử đấu tranh chính trị, đóng góp lương thực, thực phẩm, thuốc men góp phần vào công cuộc giải phóng quê hương, đất nước.
Hàng năm, nhằm ngày 18 tháng 12 (âm lịch), tại chùa diễn ra lễ giỗ Tổ rất long trọng, có đông đảo thiện tâm, tín hữu, Tăng ni, Phật tử đến tham dự.
Để bảo tồn, tăng tuổi thọ cho ngôi cổ tự, năm 2005 trong chương trình mục tiêu Quốc gia đã cấp 200 triệu đồng để các cơ quan chức năng tiến hành trùng tu, tôn tạo ngôi chùa. Năm 2006, Nhà bảo tàng Đồng Nai đã kết hợp với chùa Long Thiền tiến hành sửa chữa lại ngôi chùa theo nguyên tắc bảo tồn yếu tố gốc. Công trình đã hoàn thành, nghiệm thu đưa vào sử dụng tháng 11 năm 2006.
