Изначально монастырь был мужским. Основан он в 1314 году епископом Ростовским Прохором (в схиме Трифоном) на месте явления иконы Богоматери, названной «Толгской» по протекающей в этом месте небольшой речке Толге.
Икона оказалась чудотворной, она не раз спасала город от засух и поветрий, со всех концов сюда съезжались страждущие получить исцеление и помощь. Посещал монастырь и исцелился от чудотворной иконы Иван Грозный. В смутное время обители пришлось очень тяжело. Она была полностью разграблена, а иноки убиты.
В 1928 году монастырь был закрыт советской властью. В 30-х годах в Ярославле на Волге хотели построить гидроэлектростанцию. Как раз в окрестностях Толгского монастыря плотина должна была перекрыть Волгу. Специалистов, вызванных сюда для строительства ГЭС, с их семьями поселили в кельях монастыря. А во Введенском соборе и стоящей рядом звоннице была построена модель будущего водохранилища. Но через несколько лет было решено перенести строительство в Рыбинск.
Затем в зданиях монастыря появилась детская исправительная колония. И только в 1987 году в полуразрушенном состоянии он был возвращен РПЦ и открыт вновь, как первый в РСФСР женский монастырь. Далее начались долгие восстановительные работы.
Сейчас это одно из самых посещаемых туристами мест. Церкви отреставрированы, территория монастыря очень ухоженная, летом утопает в зелени и цветах. За стенами монастыря с 16 века произрастает уникальная аллея сибирских кедров.
