1217年(建保5年)、光宝法印によって開山された。光宝法印は醍醐寺の座主である。光宝法印の東国巡錫の折、当地で地蔵菩薩を本尊とする寺を創建したのが当寺の起源である[1]。
その後、正和年間(1312年 - 1317年)に武茂好綱により馬頭観音が安置されている[2]。
1692年(元禄5年)、水戸藩第2代藩主徳川光圀が訪れ、当寺を整備した。その際、本尊を地蔵菩薩から馬頭観音に変更、これまで「勝軍山十輪寺地蔵院」と称していたのを「武茂山十輪寺馬頭院」に改めた。当地の村名も「馬頭村」に改称した[1][2]。