元は戦国時代に伊達氏が本拠を置いた米沢にあった東町と伝えられる。1590年（天正18年）の奥州仕置で、伊達政宗とともに住民が米沢から岩出山に移り、そこで肴町と改称した。これがまた住民ごと岩出山から仙台へと移転して肴町となった。伊達氏に従って転々とした町は、全部で6つあり、御譜代町と呼ばれた。仙台の町人町には町列という序列があり、肴町は大町に次ぐ第2位であった。町の住民の伝えでは、土佐の長宗我部元親が関ヶ原の戦いに敗れて仙台藩に身を寄せ、魚を商う町を開く許しを得たという。元親は関ヶ原以前に死んでいるし、肴町は岩出山の頃から肴町であるから、史実ではありえないことである。事実は岩出山時代から正徳6年（1715年）まで、平弥六郎を始祖とする平家が町の統治にあたる検断の職を世襲した。弥六郎は伊達氏の岩出山移転の際に名生村に5反を知行された零細家臣であったが、伊達政宗の記憶にあったことから肴町検断に任命された。仙台移転の後もその職にどとまり、4代にわたって跡を継いだ。しかし、正徳5年（1715年）5月に、平与右衛門が何かの「不調法」によって免職となり、安住九郎左衛門が後任になった。当人と肴町の住民が復帰の運動をしたが果たせず、平家の世襲はなくなった。
江戸後期に書かれた『小金紀行』（友田次寛著）には「神垣の 杉のうつろの 真清水は つきぬ恵みの ためしなるらむ」とあるように、境内の杉の大木にある洞から湧く清水は古くから篤い信仰の対象であった。
当神社の元の社殿は1749年（寛延2年）の火災により焼失したため、1826年（文政9年）には本殿、1846年（弘化3年）には拝殿が再建された。本殿・幣殿・拝殿は1980年に流山市の有形文化財に指定されている。
旱魃の年には岳郷によって「嶽の神様 幟がお好き、幟持てこい、雨降らせ」と唱和して雨乞いの登山が行われた。現在は毎年4月23日に有志による「岳登り」が行われている。
現在の社殿は、1974年（昭和49年）の二上山大火で焼失し、翌1975年に再建されたもので、内部には小さな榊の御神体がある。本社の東側に大津皇子の墓がある。山麓の葛木倭文坐天羽雷命神社（倭文神社）に、相殿神として当社の大国魂神が祀られている。
創建の年代等は不詳である。二上山には石器の素材となる讃岐岩（サヌカイト）の層があり、古くから周辺に人が住んでいたものとみられる。文献の初出は、『日本三代実録』の貞観元年（859年）正月27日条、当社に従五位上の神階を授けるという記述である。延喜式神名帳では「大和国葛下郡 葛木二上神社二座」と記載され、大社に列している。当麻寺中之坊所蔵の「当麻寺付近絵図」には二上山の雌岳に神蛇大王（竜王）を祭る社もあったことが記されており、現在は中之坊鎮守として遷座され、境内稲荷神社末社に竜王社の小祠となったとの伝承がある。当社との関係は不明。近世には当社は「岳の権現」と呼ばれ、二上山からの水流を利用する数十か村の岳郷の氏神であった。明治6年（1873年）4月に郷社に列格した。
豊布都霊（とよふつのみたま）神と大国魂（おおくにたま）神を祀る。豊布都霊神が石上神宮に、大国魂神が大和神社に勧請されたという伝承がある。豊布都霊神については布都御魂の名が有名だが、何故「豊」が名前に付くのかは不明。また、武雷神と同神とされる。大国魂神は国津神の大将軍とされる。『神社要録』には「武甕槌命、大国主命」、『神祇志』には「紀豊布都霊神、大国神」と記載されている。元々は二上山の2つの山頂・雄山と雌山にそれぞれ男神・女神が祀られていたものとみられる。
発見後最も早く追観測を始めたのは、ラ・シヤ天文台のMPG/ESO望遠鏡のガンマ線バースト（GRB）残光観測装置GRONDで、1.7日後と2.8日後に観測を行っている。GRONDから僅かに遅れて、2018年6月18日にパロマー天文台の1.5m望遠鏡も観測を開始。6月19日には、ニール・ゲーレルス・スウィフトの紫外線/可視光望遠鏡UVOTが向けられた。ロケ・デ・ロス・ムチャーチョス天文台のリヴァプール望遠鏡の広視野カメラも、6月20日に観測を開始。リヴァプール望遠鏡やスウィフトも参加するGROWTH（Grobal Relay of Observatory Watching Transients Happen）観測網によって精力的な観測が行われたほか、キットピーク国立天文台の2.1m望遠鏡、メキシコ国立天文台のCOATLI望遠鏡とハロルド・ジョンソン望遠鏡、東京大学宇宙線研究所明野観測所のMITSuME望遠鏡なども観測を行っている。東広島天文台では6月21日から、かなた望遠鏡で観測を行っており、6月21日と7月10日の明るさを比較すると2等前後暗くなったとした。8月6日にはハッブル宇宙望遠鏡の広視野カメラ3もAT2018cowを観測し、近紫外線で19等前後まで減光したことを示した。測光観測結果を総合すると、光度極大となったのは発見から1.5日後で、極大後は1日当たり0.05等から0.2等の割合で減光し、減光の速さは波長の短い（青い）光の方が波長の長い（赤い）光より速く、gバンドでは極大から15日で3等級程暗くなった。