真言宗大覚寺派の寺院で、山号は妙法山、院号は持宝院です。寺の北東の山頂にある観音堂の別当寺として、奈良時代に行基によって創建されたと伝えられています。この寺には、古くから「星谷寺の七不思議」（銅鐘・星の井・楠の化石・咲き分け散りの椿・観音草・根不断開花の桜・下りの紅葉など）の言い伝えがあることで知られています。以下のように８つ数えられていますが、それ自体が不思議とも言われています。

１．撞木が一つの梵鐘（普通は撞座が二つ、日本三奇鐘の一つ）
２．咲き分け散り椿（一本の椿より５通りの花が咲き、花弁が一枚ずつ分かれて落ちる）
３．観音草（別名、田村草。坂上田村麻呂がこの寺の境内にあったこの草で、東北遠征時奇病を治したといわれています）
４．もみじの老木（幹が乳房のようになっている。現在は枯れています）
５．不断桜（開花期のほか年中どこかの枝に花をつけています）
６．くすの木の化石（揺すると水の音がする）
７．星の井戸（昼でも星が見える）
８．鎌倉郡座間郷と宝篋印塔に書かれている（高座郡の真ん中に座間は所在しています）