頓宮は菱形池の北東，護皇神社への参道の近くにある。
毎年の7月下旬（または8月初旬）におこなわれる夏越神幸祭（なごしのしんこうさい）では，神輿に乗った三所の御神体がこの頓宮に三日二夜滞在する。
かつて宇佐神宮では，三十三年ごとに社殿を建て替える式年遷宮が続いていた。新社殿造営工事の間，この場所に上宮，下宮，若宮のそれぞれの本殿と同じ様式の頓宮（仮殿）が建てられて神事がおこなわれた。しかし中世の戦乱で式年遷宮は中絶した。
延宝八年（1680），大鳥居の外の神橋付近に頓宮が再建され，昭和初期まで神幸祭で使われた。
昭和七年（1932）に宇佐神宮の大造営が始ったのを機に，かつての頓宮の場所に再建されたのが現在の頓宮である。
頓宮は，莵狭津彦命（うさつひこのみこと）を祀る境内摂社の宇佐祖神社（うさそじんじゃ）を兼ねている。