Ett buddhistiskt tempel har funnits på platsen för Wat Arun sedan tiden för kungariket Ayutthaya. Det kallades då Wat Makok, efter byn Bang Makok där det byggdes. (Makok är det thailändska namnet på växten Spondias pinnata.) Enligt historikern prins Damrong Rajanubhab fanns templet med på franska kartor under kung Narais regeringstid (1656-1688). Templet döptes om till Wat Chaeng av kung Taksin när han upprättade sin nya huvudstad Thonburi nära templet efter Ayutthayas fall. Man tror att Taksin lovade att återställa templet efter att ha passerat det i gryningen. Templet innehöll den smaragdgröna Buddha-bilden innan den flyttades till Wat Phra Kaew på flodens östra strand 1785. Templet låg på det kungliga palatsets område under Taksins regeringstid, innan hans efterträdare, Rama I, flyttade palatset till andra sidan floden. Det övergavs fram till kung Rama II (1809-1824), som lät restaurera templet och höja huvudpagoden till 70 m. Arbetet avslutades under kung Rama III (1824-1851).
Templet genomgick stora restaureringar under kung Chulalongkorns (Rama V, 1868-1910) regeringstid och 1980, inför tvåhundraårsfirandet av Bangkoks grundande. Den mest omfattande restaureringen av pranget genomfördes mellan 2013 och 2017, då ett stort antal trasiga kakelplattor byttes ut och kalkputs användes för att återfiniera många av ytorna (vilket ersatte den cement som använts vid tidigare restaureringar). När arbetet närmade sig sitt slut 2017 väckte fotografier av resultatet viss kritik för templets nya utseende, som verkade vitkalkat jämfört med dess tidigare skick. Fine Arts Department försvarade arbetet och hävdade att det var noggrant utfört för att återspegla templets ursprungliga utseende.