応仁2年（1468年）、室町時代の創祀と伝えられており、旧寺島新田の鎮守として尊崇され、
古くは「第六天社（だいろくてんしゃ）」と呼ばれていました。
明治時代初期の「神仏分離の制度」で『高木神社』と改めました。
その社名は、御祭神である高皇産靈神(タカミムスビノカミ)の別名が「高木の神」であるからといわれています。
かつては、境内に大きな臥龍の松（がりゅうのまつ）があり、曳舟川を上下する舟をはじめ、地域の人々の往来の目印となっていました。
昭和42年1月、鉄筋コンクリート造りの社殿改築が成り、昭和43年11月、鎮座五百年の式年大祭が行われました。
平成30年6月、御鎮座五百五十年記念式年大祭を行いました。

令和5年には御鎮座五百五十五年を迎えます。