สำนักศาสนศึกษาวัดคุ้งตะเภา ก่อตั้งโดยกลุ่มครูสอนพระปริยัติธรรมในตำบลคุ้งตะเภา ในปี พ.ศ. 2535 โดยดำริของ พระสมุห์สมชาย จีรปุญฺโญ รองเจ้าอาวาสวัดคุ้งตะเภา โดยไม่ได้อาศัยงบประมาณสนับสนุนจากส่วนราชการ การดำเนินการในช่วงแรกเป็นไปได้ด้วยดีโดยอาศัยทุนค่าใช้จ่ายต่าง ๆ จากพระสงฆ์ที่เป็นพระอาจารย์สอนธรรมศึกษาเอง โดยในช่วงแรก ๆ อาศัยอาคารหอพระวัดคุ้งตะเภาเป็นสถานที่เล่าเรียน แต่ยังไม่มีการจัดการด้านบุคลากรและนักเรียนอย่างเป็นระบบมากนัก

การศึกษาแผนกธรรมศึกษาหรือการศึกษาวิชาธรรมของคฤหัสถ์อย่างเป็นระบบ ได้เริ่มจัดการเรียนการสอนได้ในปี พ.ศ. 2540 อันเป็นช่วงแรก ๆ ที่แม่กองธรรมสนามหลวงเปิดโอกาสให้มีการสอบไล่ธรรมศึกษาสำหรับคฤหัสถ์ในต่างจังหวัดขึ้น โดยในช่วงแรก พระสมุห์สมชาย จีรปุญฺโญ (แสงสิน) รองเจ้าอาวาสวัดคุ้งตะเภา และพระนักเผยแผ่พระพุทธศาสนาประจำจังหวัดอุตรดิตถ์ ได้ดำเนินการประสานงานไปยังโรงเรียนในเขตตำบลคุ้งตะเภาขอนำพระสงฆ์เข้าสอนจริยธรรมและธรรมศึกษาในโรงเรียน ซึ่งการจัดการเรียนการสอนในครั้งนั้นประสบผลสำเร็จไปด้วยดี มีนักเรียนและผู้สนใจสอบไล่ได้ธรรมศึกษาเป็นจำนวนมาก

ต่อมาเจ้าคณะตำบลในขณะนั้นคือ เจ้าอธิการธง ฐิติธมฺโม (อิ่มชม) วัดคุ้งตะเภา (สมณศักดิ์ในปัจจุบัน พระครูประดิษฐ์ธรรมธัช) ได้เล็งเห็นความสำคัญของการศึกษาธรรมของคฤหัสถ์ดังกล่าว จึงได้ดำเนินการขอจัดตั้งสำนักศาสนศึกษาประจำตำบลคุ้งตะเภาขึ้นที่วัดคุ้งตะเภา ในนาม สำนักศาสนศึกษาวัดคุ้งตะเภา ต่อมามีการเปลี่ยนเจ้าคณะตำบลคุ้งตะเภาในปี พ.ศ. 2543 จึงเกิดการลักลั่นในการบริหารงานสำนักศาสนศึกษาในระยะหนึ่ง แต่วัดคุ้งตะเภาโดยการนำของพระสมุห์สมชาย ก็ได้จัดการสอนธรรมศึกษาเช่นเดิม โดยดำเนินการและออกทุนดำเนินการเองทั้งหมดจนถึงปัจจุบัน ซึ่งมีผู้สอบไล่ได้ธรรมศึกษาเป็นจำนวนมากทุกปี และในปี พ.ศ. 2549 พระปลัดสมพงษ์ สมจิตฺโต วัดใหม่เจริญธรรม ได้รับแต่งตั้งเป็นเจ้าคณะตำบลคุ้งตะเภา จึงได้จัดเปิดสนามสอบธรรมศึกษาแห่งที่ 5 ของอำเภอเมืองอุตรดิตถ์ ที่โรงเรียนป่าขนุนเจริญวิทยา เพื่อเป็นสนามสอบสำหรับนักเรียนในสังกัดสำนักศาสนศึกษาวัดคุ้งตะเภา ซึ่งเป็นการเปิดสนามสอบธรรมศึกษาที่ตำบลคุ้งตะเภาเป็นครั้งแรก[3]

ในวันที่ 19 มกราคม พ.ศ. 2554 นายโยธินศร์ สมุทรคีรีจ์ ผู้ว่าราชการจังหวัดอุตรดิตถ์ ได้ลงนามในประกาศจังหวัดอุตรดิตถ์ ที่ 1/2554 จัดตั้งศูนย์ศึกษาพระพุทธศาสนาวันอาทิตย์ขึ้นในวัดคุ้งตะเภาอย่างเป็นทางการ สำนักศาสนศึกษาวัดคุ้งตะเภาจึงมีภารกิจด้านการจัดแหล่งการเรียนรู้ในวัดเพิ่มเติมจากการทำการเรียนการสอนตามปกติในสถานศึกษาระดับพื้นฐาน โดยในส่วนของศูนย์ศึกษาพระพุทธศาสนาวันอาทิตย์วัดคุ้งตะเภานั้นอยู่ภายใต้ความอุปถัมภ์ของกรมการศาสนา กระทรวงวัฒนธรรม[5]