康熙44年(1705年)，一位法名叫成衡(字湘南)的高僧來到天津，見這一帶景色優美，於是就在離南門三裡的官道東側修建起一座寶?，起名普陀寺。因為周圍地勢宏闊，普陀寺顯得格外壯觀、宏偉軒昂，以致這裡香火鼎盛，名噪一時。1719年，康熙南巡時駕臨普陀寺，工於詩畫的成衡和尚對答如流，康熙皇帝龍顏大悅，賜名普陀寺為海光寺。不但賜寫了匾額“隨處湘音”，而且賜給了海光寺兩副對聯，一副是“香塔魚山下，禪堂雁水濱”，另一副是“水月應從空法相，天花散落映星龕”。平橋積雪綠楊夾岸寺周美景甲津門
上有所好，下必趨之。皇帝的青睞著實為海光寺帶來了好運，以致官商紛紛捐金，對海光寺進行大規模修繕和擴建。擴建後的海光寺不但殿宇弘敞，而且圍繞海光寺半裡處開鑿兩道水渠，這就是海光寺的內河與外河，河邊植柳萬株。兩河向北通護城河，東南通賀家口，向南有水閘控制導入海河潮水，內外河缺水乾旱時就從外引水，內外河漲水時就排放出去。
海光寺成名後，其周圍的環境也大為改觀。當時的“津門十景”中，有所謂“平橋積雪”，即指寺北的一座西平橋雪後景觀。一場大雪過後，通往西平橋的路面與橋面之上鋪滿了厚厚的積雪，踏過橋面的幾行腳印延伸入寺中；一些飛鳥駐足在廟宇的屋簷之上，寄希在寒冷的冬日找到果腹的食物。平橋積雪為冬日寺院的特有景象，一時傳為津門佳話。寺南建有南平橋，通向周圍百餘村鎮；寺西北角橋下通官道，橋頭有草屋數座；橋南綠楊夾岸，掩映紅蓮，春夏遊人，人頭攢動，所以這座橋被稱為歡喜橋。傳說，當時海光寺周圍還遍植葡萄，所以也稱海光寺為葡萄寺(學者懷疑為普陀寺之音訛傳)。
1736年，乾隆路過天津時，為海光寺親筆題寫匾額，之後又陸續為海光寺寫下了大殿額“普門慧鏡”，大殿對聯“覺岸正光明如水如月，法流大自在非色非空”；禦書樓聯“春物熏馨含慧業，名禽婉轉入聞思”。海光寺因此聲名更隆，時有高僧前來。外敵入侵寺中簽約屈辱條約汙寶?
為這處風景絕佳的佛門聖地帶來屈辱破壞，乃至萬劫不復之厄運的，是第二次鴉片戰爭和八國聯軍的侵華。咸豐八年(1858年)5月20日，英法聯軍攻佔大沽炮臺，聯軍兵艦沿海河上行，於26日到達東浮橋，並盤踞於三岔河口一帶，清軍在海光寺外紮營。咸豐皇帝大驚，急忙派出大學士桂良、吏部尚書花沙納趕往天津查辦。
桂良和花沙納到天津後，見海光寺建築華美，陳設精良，且周圍有清軍駐防，於是選定在海光寺樓先後宴請英、俄、美三國公使。當時俄美兩國因為急於得到好處，條約很快議定，而英法自恃大軍壓境，態度極為蠻橫，甚至拿出自己擬好的條約56款，逼二人簽字，而且一個字也不讓改。英國公使額爾金威脅再不簽訂條約，將帶兵北上進攻北京，清政府只得讓步。6月26日，中英《天津條約》在海光寺簽字，額爾金在來海光寺時，竟然帶著30多乘轎子，荷槍實彈的士兵500多名作為衛兵，英國的各級官員數十人，吹吹打打進了海光寺，將海光寺的院子都擠滿了。第二天，法國公使也帶來了200多名士兵耀武揚威地前來，美俄兩國雖然沒有這樣蠻橫，但也照樣盛氣淩人。從這時起，海光寺變成了中國近代史上國家備受淩辱的見證，海光寺也因此得了一個諢名——簽約寺。
咸豐十年(1860年)英法聯軍再次攻陷大沽，並佔領天津城，聯軍在河北望海寺設北營，城南海光寺設南營，這是海光寺第一次被外國侵略軍佔領。咸豐十一年，聯軍才因《北京條約》的簽訂和天津開埠，悉數從海光寺撤出。八國侵華蕩平廟宇古寺慘遭滅頂災
第二次鴉片戰爭後，清政府開始重視國防的現代化和加強京畿防務，決定購置外洋軍火機器，在天津設局製造。同治六年(1867年)，三口通商大臣崇厚把購辦的蒸汽機、化鐵爐、和旋床等設備安置於海光寺周圍的新建廠房內，作為天津軍火機器局的分局，稱為西局，主要製作槍炮並為東局機器做修配工作。史書記載：西局有八廠，共屋百餘間，環於海光寺外。
海光寺最後一次接待要員是在光緒十二年(1886年5月)，主持海軍衙門的醇親王奕奉慈禧懿旨巡視天津、大沽及煙臺、旅順等海防，設於海光寺周圍的西局為重要參觀點之一。全寺在醇親王到來之前只因年久失修，椽梁油漆脫落，殿內進行一些粉刷修飾，院落之間施置以格板，就成為了醇親王的臨時行轅。可見，當時的西局工廠並未對海光寺的主體建築造成破壞，對寺廟的保護還是非常重視的。
光緒二十六年(1900年)八國聯軍的侵華使海光寺遭到徹底破壞。在1900年7月9日，日軍在俄、美、英軍的配合下，將海光寺佔領，廟宇全被毀壞。從此海光寺徹底消失，片瓦不存，僅餘一條被外國人命名的海光寺大道(今西康路)，以及一口富有傳奇色彩的大鐘。
