1330（元徳2）年、牧ノ荘の領主であった二階堂貞藤（にかいどうさだふじ）が夢窓疎石（むそうそせき）を迎え、屋敷の一画を寄進して創建したとされます。後に甲斐国における臨済禅林文化の一大拠点となりました。
境内北側の恵林寺庭園は、夢窓疎石が56歳の時の作庭といわれています。禅宗庭園の形式を伝えており、後に甲斐国で造られた寺院庭園に大きな影響を与えました。
その後、快川紹喜（かいせんじょうき）が入山して武田信玄の菩提寺となりますが、信玄の葬儀を行った後の1582（天正10）年、息子の勝頼が自刃して武田氏は滅亡し、恵林寺は織田信長の焼き討ちを受けました。
敷地内には武田信玄公宝物館を併設。毎年4月12日の命日には地元で「しんげんさん」と呼ばれる信玄公祭りが開かれます。