JR中央本線勝沼ぶどう郷駅から南へ3kmほど、国道20号沿いのブドウ畑と日川を見渡せる山腹にある。創建については、諸説＊あり不詳だが、代表的なものとしては、江戸後期編纂の「甲斐国志」によると「寺記曰、元正天皇養老二年（718年）八月、行基菩薩草創　号柏尾山　聖武天皇勅賜鎮護国家大善寺定額並御祈願所宣旨」とあり、また、「天文十四年（1545年）舊記云、本堂阿弥陀、西明寺（かつての本堂、阿弥陀堂は『往生院西明寺』といわれていたという）初ノ建立ハ天平四年（732年）也」とし、「薬師御堂」は、当時、この地の豪族だった「三枝守國初メテ建立者天禄辛未年（971年）也」ともしている。また、本尊で秘仏（5年1度の開帳）である木造薬師如来及両脇侍像＊が平安期作とされることから、すでに10世紀までには大寺として成立していたと思われ、信仰を集めていた古刹である。真言宗智山派。
　国道20号線、甲州街道から石段を登り、境内に入ると、右手に駐車場を挟み、受付のある庫裏、客殿などがあり、その裏手には寛永年間（1624年~1645年）作庭の池泉式庭園がある。参道の石段をまっすぐ登ると、山門、楽屋堂、さらに檜皮葺きの大屋根を持つ国宝の本堂（薬師堂）＊が山を背にどっしりとした構えをみせている。本堂には、秘仏の本尊が厨子に収蔵されているほか、日光菩薩像と月光菩薩像、十二神将＊が鎮座している。
　大善寺の行基にまつわる伝承には、この地で、修行中、夢の中にブドウを持った薬師如来が現れたことから、薬種としてのブドウの作り方を村人に教えたというものがあり、これが「甲州ブドウ」＊のはじまりだとされ、「ブドウの寺」としても信仰を集めている。
　5月5日に催される藤切り祭は、大蛇を形どった藤づるを切り落とし、参拝客が奪い合う祭であったが、現在は御神木の藤の根を総代が切り分け、希望者に頒布される。