該廟創建於西元1762年（清乾隆27年）。其主神關聖帝君由陳仁壽、陳和尚等陳氏家族二十餘人從福建省漳州府佛曇鎮大坑村恭請留駐頭城。另外同時間有另一尊神尊玄天上帝則遷蘇澳。由於當時都是由佛曇鎮大坑村遷移入台，故頭城與蘇澳的定居地均稱為大坑罟，並成為兩地大坑罟的信仰中心。一般也簡稱該廟為關帝廟。該廟是清朝總兵奏請皇帝特別頒列建造，也是臺灣少數稟奉敕建的關帝廟。

目前位於大坑裡的關帝廟則重建於西元1863年（同治二年），宮內有一同治二年的木聯曰：「匹馬長驅千里月；單刀獨輝一江風」；上下款：「同治癸亥年陽月榖旦，本庄弟子蔡維緝叩謝」另有「萬世人極」匾則製造於西元1867年（同治六年）。

該建築屬於規模較大的二進落。更特別的是，大坑罟協天宮，為全省唯一的「麝石」關聖帝君，具有悠久廟史，其分靈的關帝君更是遍布全台。早期醫學不發達，村民感冒發燒時，都會到帝君尊前潛心祈求賜藥，自神尊底座刮取麝石粉，取回用過必退熱去疾，而目前則不再供人祈求，以保神像珍貴原貌。每年農曆正月十三都有舉行跳過火儀式，以佑十方善信大德。

而宜蘭縣礁溪協天廟是自宜蘭頭城大坑罟協天宮分香，且頭城協天宮分靈全台萬餘處，號稱北臺關帝祖廟。