位于张掖市西南隅，与张掖宾馆有一墙相隔，有侧门相通，因寺内有中国最大的室内卧佛像而得名。寺院始建于西夏永安元年(1098年)，史载西夏国师在此掘出一翠瓦覆盖的卧佛而建起了大佛寺。现存建筑有大佛殿、藏经阁、土塔三处。大佛殿殿高33米，面阔9间，规模宏大。殿门两侧各镶以六平方米的砖雕一块，左为“登极乐天”、“西方圣镜”，右为“入摩地”，“祗园演法”。殿内有木胎泥塑佛像，塑像长34.5米，肩宽7.5米，脚长4米，耳长2米，金装彩绘，形态逼真，视之若醒，呼之则寐。卧佛身后塑十大弟子，两侧廊房塑十八罗汉殿内四壁为《西游记》和《山海经》壁画。藏经阁内珍藏有明英宗颁赐的六千多卷佛经，经文保存完好，以金银粉书写的经文最为珍贵。寺后有一33.37米高的土塔，为张掖五行塔之一，其一、二层台座四隅各建一小塔，风格独特，为国内罕见。

　　张掖大佛寺曾为元世祖忽必烈降生地，别吉太后的灵柩曾寄放于寺内。南宋末年，宋恭宗赵显被虏后为避祸而出家于此。大佛寺规模宏大，16世纪时寺内可容纳四、五千人同时朝拜。
张掖市博物馆初创于1958年9月25日，原设于镇远楼， 后迁大佛寺。
馆藏文物比较丰富。新石器时代的有在黑水国一带发现的石斧、民乐东灰山出土的石斧、石刀、石铲、陶器壳、蚌壳、小麦粒等。先秦铜器铜车轮(直径15厘米)、铜舟等。汉代文物较多。陶器中以黑水国汉墓的绿釉彩陶器(砚、尊、盆、博山炉等)最引人注目，其次有画像砖；铜器有铜马及壶、尊、豆、碗、勺、灶、既、釜、 奁、镜；驾机之类。六朝及隋唐文物较少，陶器有仓、鼎、钟及彩绘瓷瓶，铜器中有原万寿寺遗存高1．5米的六朝铜佛一尊。西夏宋元主要是瓷器，如冰裂纹瓷盘、莲花瓷碗、黑釉瓷罐和瓷鼎、手抄砚等，还有西夏书画。另有一景泰出土的元代铜塔，高三、四十厘米、下部台座高大，上置覆钵形塔身，塔身以巨大的相轮和宝盖、宝珠等组成，属喇嘛教塔，与元代砖石塔形象相同。明清文物最繁杂，有丝、木、陶、瓷、 铜、铁、玉、景泰蓝制品及造像、书画等。钱币从战国到明清各期都有，还有一张1948年(署“中华民国三十七 年”)发行的“中国人民银行”10元人民币。也有革命文物， 如1934年川陕省造币厂所造的有地球、镰斧、梅花图案和“全世界无产者联合起来”字样，直径4厘米，重1．2钱的中华苏维埃壹元银币一枚，红西路军的遗物搪瓷茶缸、碗等。