沙鹿古稱沙轆，原本是平埔拍瀑拉族沙轆社的居住地，依據荷蘭人在西元1650年所做的人口調查，當時沙轆社的總人口數僅為三十戶，計一百餘人。康熙六十一(1722)年，臺灣御史黃琡敬等人曾到沙轆社巡視，因為黃琡敬到了沙轆社之後，即返回縣城，故沙轆社也被稱為迴馬社。後來，隨著漢人的大量入墾，漢人勢力迅速擴張，原本沙轆社平埔族人逐漸外向遷移，沙轆也慢慢發展成了漢族的聚落街庄。而現今的沙鹿區，則因工商繁榮、交通發達、人文薈萃，逐步躍居為臺灣西海岸中部的重要城鎮。

座落於臺中市沙鹿區四平街123號的玉皇殿，主祀神明為玉皇上帝，在臺灣民間習慣稱之為天公。根據先人考據，玉皇殿主祀的玉皇上帝是清代嘉慶八(1803)年，由先民何聲良從中國福建省泉州府同安縣的祖廟恭請來臺，嘉慶十(1805)年，因逢旱災肆虐，人民生活困頓，大肚中保五十三庄(約涵蓋現今沙鹿區、梧棲區大部分、龍井區觀光路以北、清水區槺榔地區、大肚區瑞井與蔗廍兩村)的居民為了祈求風調雨順、物阜民豐，於是共同籌議於現今廟址興建天公廟，以便讓轄內萬民敬拜，祈求平安。因逢旱災且災情甚鋸，資金籌措不易，因此初建的廟宇格局頗為簡陋，僅供神像略避風雨。

迨至同治十三(1874)年，因為建廟已近七十年歷史，原本建造簡陋的廟宇建築，受長久風吹日曬雨打，廟貌呈現破落毀損之狀，於是大肚中保沙轆庄士紳陳廷劍積極捐款並募集資金倡議修建，且在原有的規模上，增建了兩側廂房。光緒十二(1886)年，彰化馬興庄陳元吉再度捐資修繕廟宇雕刻並重新上漆整飾，使得廟貌煥然一新。

日治大正七(1918)年，陳時全、陳添丁、陳清秀等人再度集資修建，整建工程如期完成，廟貌巍峨狀觀，重善信正感欣慰之際，不幸於昭和十(1935)年三月，臺灣中部發生了空前浩劫的墩仔腳大地震，玉皇殿建築也受到前所未有的破壞。災後民生困頓，一時難以籌措資金重建，所以僅能搭建臨時簡陋屋舍供奉神明，並讓眾信膜拜。不過，當地的信眾時時以重建玉皇殿為念，終於在民國三十四年，由地方士紳黃南山、陳曾、王清水、王再碧、林獻清等人發起重建之議，辛勤勸募重建資金，地方善信無不感念玉皇上帝之庇佑，竭盡心力捐獻，無奈當時戰爭方歇，經濟蕭條，人民生活尚待恢復，所以募得的資金極為有限，最後，眾人決議利用原有之建材略加修葺，改建成為瓦造廟宇。

民國五十一年地方士紳洪斗、王再碧、何朝棟、陳守枝、許資鏕等人發動組成修建委員會，想要籌措資金修建前殿及兩側廂廊，可惜最後卻因為募得款項不足，重建工程被迫中止。

到了民國五十七年，鎮民代表會主席許資鏕認為玉皇殿創建歷史悠久，信仰圈遍及大肚中保五十三庄，且因神威顯赫、有求必應而善信日眾，但因廟宇年久失修，廟貌頹傾，導致廟務推動遭遇侷限，於是發願不避任何艱難，全心全力發動勸募，要為十方信眾興築雄偉壯觀的廟宇殿堂。隨即召開五十三庄信徒大會，力勸沙鹿、梧棲、龍井、大肚等區信眾合力，組成修建委員會，最後終於得到四方響應，於隔年展開重建工程，此次重建工程大量採用梧棲區書畫名家黃海泉提供之歷代名人墨蹟，雕刻於兩廂廊立壁，而廟柱楹聯，則採用當時五院首長、中央及地方名流之題聯，不僅增添本殿文風，也因為風格獨具，頗受信眾讚揚。

民國六十年重建工程完成，整建後的玉皇殿，不僅廟貌為之一新，同時增建後殿議事堂、禪房、金亭及戲臺，廟宇格局完整，莊嚴富麗，巍峨堂皇，深受善信敬仰。重建竣工之時，又蒙當時蔣中正總統頒贈「護國佑民」匾額，更增添玉皇殿之光采。同年年底，依傳統廟宇建成之例，召開建醮籌備會議，倡議舉辦慶成清醮，各顧問、委員同聲贊成，於是發起組織建醮大會，經玉皇大帝以聖應允，決定於民國六十一年農曆十一月初十舉辦慶成五朝清醮。同時為了獎勵學風，讓轄內學子有一座環境清靜的讀書空間，於是計畫節省建醮經費，將結餘款項移為興建圖書館之用。

民國八十二年，正式成立玉皇殿附屬圖書館興建委員會，推動興建工程。民國八十三年，因玉皇殿信眾日增月盛，每逢召開各項會議皆受場地空間限制，於是決議在玉皇殿北側籌建三層大樓，一、二樓為辦公集會之空間，三樓則闢為圖書館，供十方信眾研習進修之用。同時亦決議修建玉皇殿南側的普濟寺(主祀地藏王菩薩)及福利宮(主祀福德正神)。

民國九十一年，因修建已逾三十年，管理委員會委員林貽穀感於玉皇殿建築時久變形，瓦破嚴重，且遭逢九二一大地震而略有損毀，故倡議修建，經全體委員及信眾贊同，於同年三月三日興工改造，將屋頂之裝飾改為大型的交趾陶作品，並修建三川殿立面，同時，廟埕環境亦配合街道重新整理。

民國九十五年，王肇榮接任第十三屆主任委員，立即著手進行整合玉皇殿及其南側的普濟寺與福利宮，分別於民國九十七、九十八年，將普濟寺與福利宮歸入玉皇殿共同管轄。

玉皇殿擁有悠久的歷史，不僅香火鼎盛、神恩浩蕩，更是地方上的信仰中心。在廟宇南側普濟寺右牆保有一方「嚴禁棍番勒索惡習碑」，是因為早年平埔族人與漢人雜處，沙轆社原住民常假藉各種事由，以社規為名進行勒索花紅、酒禮，造生事端，光緒十二年十一月，彰化知縣李嘉棠頒布禁示令，並刻製碑記立於玉皇殿以示禁事。

廣受清代大肚中保五十三庄居民虔誠信仰的沙鹿玉皇殿，廟貌別具雅致、壯麗偉觀，廟宇建築造型古樸，雖經過數度修、改建，仍能維持傳統廟宇建築之公法與格局，近年的幾次整修，將歷代名家及近代名人、雅士的書法作品雕刻於石壁之上，不但別具特色亦增添了廟宇的文化氣質，實為一座精緻的廟宇建築典範。