Ngôi miếu này là một di tích liên quan đến nhiều sự kiện lịch sử ở Bạc Liêu, là nơi thờ tự các danh nhân có công với làng xã như Nguyễn Tri Phương, Phan Thanh Giản, Cao Minh Thạnh, Nguyễn Tấn Phát, Triệu Vạn Tượng, Lý Hữu Hoan, Phan Kim Lý, Trịnh Thiện Kim, Cao Tấn Hưng, Trịnh Thành Long... và 20 chiến sĩ chống Pháp đã anh dũng hy sinh, trong đó có bảy người bị Pháp xử bắn tại sân miếu.
Khoảng thời gian đầu những năm 50 của thế kỷ XIX, tình hình an ninh vùng Ba Thắc (Bạc Liêu - Sóc Trăng) bất ổn, nơi đây có loạn Sana Tia và Sana Sum (tiếng Khmer - Sana có nghĩa là nguyên soái), hai tên này nguyên là người ở Trà Khương (Sóc Trăng), chúng tập hợp được một số quân kéo đi cướp bóc khắp nơi. Chúng tấn công cả đồn Bãi Xào và vây hãm thị trấn Bạc Liêu, cùng thời gian đó ở thôn Lạc Hòa (Sóc Trăng) lại có loạn Lâm Lâm, cũng cầm đầu một toán quân ô hợp, đi đến đâu giết người cướp của đến đấy.
Lúc đó Nguyễn Tri Phương (1800-1873) đang giữ chức Khâm sai Tổng thống Quân vụ Đại thần kiêm Tổng đốc của các tỉnh Gia Định, Biên Hòa, Vĩnh Long, Định Tường, An Giang và Hà Tiên đã đem quân xuống vùng Ba Thắc để tiễu trừ loạn phỉ. Đội quân của ông là một đội quân tinh nhuệ, có nhiều kinh nghiệm chiến đấu nên chỉ trong một thời gian ngắn, không đầy một năm đã dẹp tan quân phiến loạn.
Tương truyền, trong lúc hành quân diệt địch, bộ chỉ huy quân sự của Nguyễn Tri Phương trú đóng trên một khu đất gò thuộc vùng miếu Tiên Sư ngày nay. Ở đấy lúc bấy giờ có một ngôi miếu nhỏ thờ Tam giáo tổ sư được làm bằng cây lá rừng, ngôi miếu không có bảng đề tên, cũng như nhiều ngôi miếu nhỏ khác, được người dân ở đây gọi bằng nhiều tên gọi khác nhau: miếu Tiên sư, miếu Tổ sư, miếu Thầy.
Sau thời gian binh biến, ngôi miếu bị hư hao gần như toàn bộ, nên trước khi rút quân về, Nguyễn Tri Phương đã ra lệnh cho quân lính dùng cây lá và một số vật liệu để xây dựng lại. Ngôi miếu mới tuy cũng đơn sơ nhưng lớn gấp đôi ngôi miếu cũ và đặc biệt là Tổng đốc Nguyễn Tri Phương tự tay viết tấm bảng đầu tiên ghi Tiên Sư Miếu (bằng chữ Hán) và cho treo lên. Ông nhắc nhở người địa phương nên dùng ngôi miếu này tiếp tục thờ cúng những người có công khai khẩn đất hoang, xây dựng làng xã và những chiến sĩ vì nước bỏ mình.
Năm 1853, Nguyễn Tri Phương được phong hàm Đông các Đại học sĩ, lãnh chức Kinh lược sứ Nam Kỳ. Ông đã tổ chức khai phá đất hoang thành lập thôn ấp ở nhiều nơi. Khoảng năm 1855, ông đã đem một số lớn lưu dân người Việt vào Bạc Liêu khai khẩn đất hoang lập nhiều thôn làng ở đây, như Vĩnh Lợi, Vĩnh Mỹ, Phong Thạnh, Vĩnh Trạch... Nguyễn Tri Phương rất chú trọng mở mang dân trí. Nhận thấy ở đây người Việt càng ngày càng đông, cần phải có một nơi để học hành nên ông ra lệnh cho các chức sắc ở địa phương mở rộng diện tích của miếu Tiên sư bằng cách cất thêm tiền sảnh và hai chái hai bên để làm nơi dạy học.
Ngôi trường được thành lập theo ý của quan Kinh lược nên được các giới chức làng tổng ở Bạc Liêu rất quan tâm, nhiều thầy đồ ở các nơi được mời về giảng dạy. Vì vậy có thể nói miếu Tiên Sư là nơi duy nhất dạy chữ Nho ở Bạc Liêu thời đó và cũng là mái trường dạy chữ Việt đầu tiên ở địa phương này.
Tiên sư cổ miếu được xây dựng theo kiểu hình chữ "tam" - kiểu kiến trúc truyền thống của đình chùa Nam bộ. Bên ngoài là cổng tam quan đượm màu cổ kính, trên cổng có mái nóc, trên mái nóc có tượng đôi rồng tranh lấy quả châu. Phía sau cổng tam quan là một khoảng sân rộng nên rất thuận tiện cho khách thập phương đến đây cúng bái. Tiếp giáp với khoảng sân là nhà võ - nơi dùng để tiếp khách, là nơi nghỉ ngơi cho khách đến viếng miếu. Trong cùng là gian chính điện thờ bài vị tiên sư, hai bên là bàn thờ của tả ban và hữu ban. Ngoài ra ngôi miếu còn thờ những người có công khai khẩn đất hoang, những người hy sinh vì nước… Bên hông miếu Tiên sư là một gian thờ nhỏ thờ Bà Chúa Xứ.
Tính đến nay, ngôi miếu cổ này đã có trên 150 tuổi, là một trong số những ngôi miếu tồn tại lâu đời nhất ở Nam bộ. Ngoài những ngày lễ lớn, ngôi miếu còn có những ngày cúng các vị thần được thờ trong miếu, nên nơi đây thường thu hút một lượng lớn du khách từ mọi nơi đến đây tham quan, chiêm bái. Mọi người đến đây để cầu cho gia đạo bình an, con cái ngoan hiền, học hành tấn tới, còn là để lắng lòng tri ân những bậc tiền bối đã vì nước quên thân, những tiền nhân đã tạo lập cuộc đất, khai khẩn đất hoang, đánh đuổi thú dữ… Đó cũng là lí do khiến cho ngôi miếu này thu hút được một lượng lớn khách đến tham quan, cúng bái hàng năm.
