龙王庙又名神龙祠，兴建于明成化二十二年（1468），万历十四年（1586）重修，清康熙二十年（1681）重建，乾隆三年（1738）封龙神为昭灵沛泽龙王之神，是明清两代帝王祈雨之地。
龙王庙依山势而建，建筑层层升高，格局整齐严谨。庙宇坐西朝东，主体建筑沿东西中轴线自东朝西分别是山门殿、碑亭、庙门、正殿等。全部建筑均为歇山顶，并覆以黄琉璃瓦。龙王庙山门殿匾额上书“敕建黑龙王庙”，石拱券门，进入山门后南侧立一“中华民国三十一年夏历壬午小阳良辰谨建重修黑龙潭寺碑”，北为黑龙潭。沿台阶而上第二级南北两侧各有一座碑亭，碑亭南北辟有券窗，东开券门，碑亭内立有祈雨碑，碑身四面均刻有文字。继续沿台阶向上，第三级自南向北依次排列有六座牌楼基座。第四级南北两侧各有一座碑亭，第五级为正殿，前有抱厦，正殿北有两块明代石碑。龙王庙在解放后为华北军区疗养院，后归胸科医院黑龙潭疗养院，1981年作为北京市卫生干部培训中心使用。
1984年黑龙潭及龙王庙被公布为北京市第三批市级文物保护单位。