Tương truyền rằng, cách đây khoảng hai thế kỷ, một trinh nữ tên Lê Thị Hồng (tục là Thị Cách), quê ở Tam Quan (Bình Định) trong một lần ra biển, chẳng may lâm nạn tại khu vực Hòn Hang (gần khu di tích Dinh Cô bây giờ). Lúc ấy, cô chỉ vừa sang tuổi 16. Sinh thời, cô vốn là người giàu lòng nhân ái, hay cứu người, thích cuộc sống ẩn dật. Người dân địa phương lúc bấy giờ thương tiếc cô, đem vào chôn cất trên đồi Cô Sơn và lập miếu thờ sát bãi biển. Từ đó cô luôn hiển linh mộng báo điềm lành, diệt trừ dịch bệnh, độ trì bá tánh nên dân trong vùng tôn xưng là “Long Hải Thần Nữ Bảo An Chánh Trực Nương Nương Chi Thần”.
Lúc đầu, Dinh Cô chỉ là ngôi miếu nhỏ được làm đơn sơ, nhưng theo thời gian, cùng với sự “linh thiêng” của Cô được chứng nghiệm nên năm 1930, Dinh Cô được xây dựng khá khang trang. Năm 1987, Dinh Cô bị hỏa hoạn, sau đó được xây dựng lại như hiện nay. Năm 1995, Dinh Cô được công nhận là Di tích lịch sử văn hóa quốc gia.
Dinh Cô hiện nay trông như một tòa lâu đài tráng lệ, trang nghiêm, bề thế với diện tích hơn 1000m2. Cổng Tam quan vào Dinh Cô nằm dưới chân mũi Thùy Vân, đắp nổi "Long hổ hội", phía trên có “Lưỡng long chầu nguyệt” và song phụng chầu, lối lên điện Cô là 37 bậc tam cấp. Chính điện Dinh Cô bài trí 7 bàn thờ. Ngay trung tâm chánh điện là bàn thờ nổi bật với bức tượng Bà Cô cao hơn 0,5m, mặc áo choàng đỏ, viền kim tuyến lấp lánh đội mũ gắn ngọc. Phía sau cạnh bàn thờ Bà Cô là bàn thờ Diêu Trì Phật Mẫu, Chúa Cậu, Ngũ Hành Nương Nương, Tứ Pháp Nương Nương, ông Địa, Thần Tài. Ngoài chính điện, ngư dân còn lập bàn thờ Cửu Thiên Huyền Nữ, Chúa Ngọc Nương Nương, chúa Tiên Nương Nương, Chư vị, Bà Mẹ Sanh... và miếu thờ Hỏa Tinh Thánh Mẫu, Quan Thánh Đế Quân, Quan Thế âm Bồ Tát. Như vậy, ngư dân Long Hải đã đưa vào Dinh Cô một hệ thống thần thánh đông đảo đại diện cho rất nhiều dòng văn hóa, tín ngưỡng, tôn giáo của các dân tộc khác nhau, sống trên những địa bàn khác nhau.
Hằng năm, từ ngày 10 đến 12 tháng 2 Âm lịch, ngư dân Long Hải mở lễ hội Nghinh Cô (còn gọi là vía Cô). Lễ hội Nghinh Cô là một trong những lễ hội lớn nhất ở Nam Bộ. Đây là dịp Dinh Cô thu hút hàng chục ngàn du khách khắp mọi miền đến viếng lễ và tắm biển. Trên đồi núi dọc ven biển là rừng cây xanh tốt, những mỏm đá đủ mọi hình thù, phía dưới là bãi cát vàng hình bán nguyệt với những khu tắm biển lúc nào cũng đông người, trước mặt là đại dương ngàn trùng sóng vỗ, nhộn nhịp tàu ghe qua lại.
