Un temple bouddhiste existait sur le site du Wat Arun depuis l’époque du royaume d’Ayutthaya. Il était alors connu sous le nom de Wat Makok, du nom du village de Bang Makok dans lequel il a été construit. (Makok est le nom thaïlandais de la plante Spondias pinnata.) Selon l’historien Prince Damrong Rajanubhab, le temple figurait sur des cartes françaises sous le règne du roi Narai (1656-1688). Le temple a été rebaptisé Wat Chaeng par le roi Taksin lorsqu’il a établi sa nouvelle capitale de Thonburi près du temple, après la chute d’Ayutthaya. On pense que Taksin a juré de restaurer le temple après l’avoir dépassé à l’aube. Le temple abritait l’image du Bouddha d’Émeraude avant qu’elle ne soit transférée au Wat Phra Kaew, sur la rive orientale de la rivière, en 1785. Le temple se trouvait sur le terrain du palais royal pendant le règne de Taksin, avant que son successeur, Rama I, ne déplace le palais de l’autre côté de la rivière. Il fut abandonné jusqu’au règne du roi Rama II (1809-1824), qui fit restaurer le temple et élever la pagode principale à 70 m. Les travaux furent achevés sous le règne du roi Rama III (1824-1851).
Le temple a subi d’importantes restaurations sous le règne du roi Chulalongkorn (Rama V, 1868-1910) et en 1980, avant la célébration du bicentenaire de la fondation de Bangkok. Les travaux de restauration les plus importants du prang ont été entrepris de 2013 à 2017, au cours desquels un nombre considérable de tuiles cassées ont été remplacées et un enduit à la chaux a été utilisé pour refaire la finition de nombreuses surfaces (en remplacement du ciment utilisé lors des restaurations précédentes). Alors que les travaux touchaient à leur fin en 2017, les photographies des résultats ont suscité quelques critiques quant au nouvel aspect du temple, qui semblait blanchi à la chaux par rapport à son état précédent. Le département des beaux-arts a défendu les travaux, affirmant qu’ils avaient été réalisés avec soin pour refléter l’apparence originale du temple.