Das Kloster wurde 1650 von dem Abt des Mghar-Klosters Kalistrat mit Unterstützung des Kiewer Metropoliten Silvester Kosow und mit Mitteln des ersten poltawischen Kolonels Martyn Pushkar sowie anderen Vertretern der Kosakenelite und Bürgern gegründet. 1695 wurde das Kloster von den Krimtataren verbrannt, und 1709 beschossen die Schweden, die hier ihre Kanonen aufstellten, die Stadt. Der Legende nach wurde Karl XII. in der Nähe des Klosters am Bein verwundet, was seine Beweglichkeit am Tag der Poltawa-Schlacht einschränkte. Zum Gedenken an den Sieg wurde den Archimandriten des Klosters seit 1803 vorgeschrieben, auf ihren Mönchsmänteln die Bilder des heiligen Sampson von Stranopriymets und des heiligen Georgs, des Siegreichen, zu tragen. 1857 wurde dem Kloster die Heilig-Sampson-Kirche auf dem Schlachtfeld zugeordnet.

Von 1775 bis 1786 diente das Kloster als Residenz der slawischen Bischöfe und von 1786 bis 1797 der Jekaterinoslawer. Hier wurde 1792 der für seine Predigten und Frömmigkeit bekannte Jekaterinoslawer Erzbischof Ambrosius Serebrennikov und 1801 der Heilige Athanasius Wolchowski beigesetzt. In den 1790er Jahren lebte der Vikarbischof der Jekaterinoslawer Diözese, Bischof Joann Potemkin, im Kloster. Ab 1884 wurde das Kloster zur Residenz des Vikarbischofs von Pryluky. Die Abtei wurde 1923 geschlossen, 1942 als Frauenkloster wiedereröffnet, 1960 erneut geschlossen und 1991 wiederbelebt.

Im Kloster begann die Geschichte des Slawischen Seminars, das durch die Bemühungen des Erzbischofs Eugenij Bulgaris gegründet wurde. 1778 wurde hier eine Schule zur Ausbildung von Klosterchören eröffnet, die bald in eine geistliche Schule umgewandelt und in die Stadt verlegt wurde, wo sie 1780 zum Seminar wurde. Bis zur Verlegung des Seminars nach Nowomyrhorod im Jahr 1798 studierten hier so bekannte Persönlichkeiten wie Ivan Kotlyarevsky, Nikolai Gnedich und Wassili Gogol-Janovsky. Das Seminar stand unter der Aufsicht der slawischen Bischöfe, und seine Rektoren waren Erzbischof Nikifor Theotokis und Metropolit Gabriel Banulesco-Bodoni. Ab 1818 gab es im Kloster eine männliche geistliche Schule, die bis 1876 in einem Gebäude am Hang untergebracht war und dann in die Stadt verlegt wurde.

Das Gebiet des Klosters erstreckt sich von Norden nach Süden in Form eines schmalen Rauten mit abgeflachten Spitzen. Es ist von einer Ziegelmauer umgeben, die in der ersten Hälfte der 1990er Jahre erbaut wurde. Im Zentrum des nördlichen Teils befindet sich der 47 Meter hohe Glockenturm von 1786 im ukrainischen Barockstil, der an den Großen Glockenturm der Kiew-Petschersk-Lawra erinnert. Westlich des Glockenturms befinden sich die heiligen Tore. Nördlich des Glockenturms, außerhalb des Klosters, wurde 1991 ein Gedenkzeichen zu Ehren des im sowjetischen Zeitalter zerstörten Klosternecropols errichtet. Südlich des Glockenturms befinden sich die Kreuzerhöhungskathedrale, die Heilig-Dreifaltigkeitskirche und die Kirche des heiligen gerechten Simeon von Gott.

Die Kreuzerhöhungskathedrale wurde an der Wende vom 17. zum 18. Jahrhundert im ukrainischen Barockstil erbaut und vereint Elemente der alten russischen, der hölzernen ukrainischen und der westlichen Architektur. Zwischen dem Glockenturm und der Kathedrale befindet sich das Grab der Nonne Antonina Zhartovskaya, die Unterschriften für die Wiederbelebung des Klosters gesammelt hat. Zwischen der Kathedrale und der Heilig-Dreifaltigkeitskirche steht eine Rotunde über der verehrten Quelle.

Die Heilig-Dreifaltigkeitskirche wurde 1995-1999 an der Stelle der im sowjetischen Zeitalter zerstörten gleichnamigen Kirche des 18.-19. Jahrhunderts erbaut, die als Begräbnisstätte für die Bischöfe diente. 2001 wurde in der Krypta der Kirche der Metropolit von Poltawa und Kremenchug, Theodosij Dykun, beigesetzt.

Die Kirche des heiligen gerechten Simeon von Gott wurde 1887 von dem poltawischen Mäzen Innokentij Kotelnikov zum Gedenken an seinen einzigen Sohn Simeon errichtet, der in Poltawa auf dem Weg nach Süden zur Behandlung von Tuberkulose starb. Vor seinem Tod wünschte der Junge, in der Kreuzerhöhungskloster beigesetzt zu werden, das ihm sehr gefiel.

Entlang des westlichen Teils der Klostermauer, gegenüber der Kathedrale, befindet sich der Zellenbau, der 1770 erbaut und 1863 sowie 1892 renoviert wurde. Südlich, gegenüber der Heilig-Dreifaltigkeitskirche, die den Status einer Gemeinde hat, wurde in den 1990er Jahren das Gemeindehaus der Heilig-Dreifaltigkeitsgemeinde erbaut. Noch weiter südlich erstreckt sich der Zellenbau, der 1889 von Innokentij Kotelnikov errichtet wurde, mit der Hauskapelle des heiligen Seraphim von Sarow, die in der ersten Hälfte der 1990er Jahre erbaut wurde. Im südlichen und östlichen Teil des Klosteranwesens befinden sich ebenfalls mehrere Wirtschaftsgebäude.