Die Gründungszeit des Nikolo-Wolosowa Klosters bleibt unbekannt. Die ersten Erwähnungen des Wolosowa Klosters stammen aus dem 15. Jahrhundert. In Russland gibt es viele Orte, an denen alte Heiligtümer des heidnischen Gottes Weles durch Nikolai-Kirchen und Klöster ersetzt wurden. Einer dieser Orte befindet sich in der Nähe von Wladimir, im Dorf Wolosowo. Die Nonnen des Klosters überliefern die Tradition, dass das Kloster ursprünglich an der Stelle eines zerstörten Heiligtums von Weles erbaut wurde. Laut Legende wurde die Nikolai-Kirche zunächst auf einem Hügel, an der Stelle des heidnischen Heiligtums, errichtet, aber das wundertätige Bild des heiligen Nikolaus von Myra verschwand mehrmals aus der Kirche und befand sich in der Senke am Fluss Kolotschki, an einem Baum mit den Haaren aufgehängt. Schließlich wurde die Kirche an den Ort verlegt, den das Ikonenbild wählte, und bald entstand dort ein Kloster, und das Dorf wurde Velessowo genannt.

Im 17. Jahrhundert wurde im Kloster das erste steinerne Gebäude, die Sergius-Kirche, errichtet. Neben dem Hauptaltar zu Ehren des heiligen Sergius von Radonesch gab es hier eine Neben-Kirche zu Ehren der gleichapostolischen Konstantin und Helena. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts begann Peter I., die Anzahl der Klöster zu reduzieren, deren Einnahmen für die Bedürfnisse des Staates verwendet werden sollten. Kleine Klöster mit weniger als 30 Mönchen wurden mit anderen zusammengelegt oder geschlossen. Im Jahr 1722 wurden durch Erlass des Heiligen Synods die Klöster von Ljubets und Pokrowski am Fluss Nerlj dem Nikolo-Wolosowski Kloster zugeordnet. Von 1725 bis 1727 wurde das Kosmin Kloster dem Wolosowo Kloster zugeordnet. Unter der Äbtissin Pawla wurde die Kathedrale der Nikolai-Kirche erbaut.

Im Jahr 1763 wurde die Pokrowskaja Überwachungskirche errichtet, die lange Zeit ungesegnet blieb und allmählich verfiel. Die Wände der Kirche rissen aufgrund der Unhaltbarkeit des Materials. In den 1890er Jahren wurde die Kirche dank des Bauern Jakow Iwanowitsch Busurin, der dem Kloster half, restauriert. Am 21. September 1893 fand die feierliche Weihe der Kirche durch den Bischof von Murom, Tichon, statt. Von der Mitte des 19. Jahrhunderts bis 1909 war das Kloster nicht in Betrieb. Am 18. Dezember 1843 wurde das Nikolo-Wolosowski Kloster aufgrund der Baufälligkeit der Gebäude durch Beschluss des Heiligen Synods aufgelöst. Die Brüder wurden ins Heilige Bogoljubowski Kloster verlegt, aber das Wolosowo Kloster blieb nicht unbesetzt: dort blieben ein Hieromönch, zwei Novizen und ein Diener, die abwechselnd aus Bogoljubowo kamen, um Gottesdienste abzuhalten. Die Idee, das Kloster wiederzubeleben, entstand im 19. Jahrhundert bei den Dienern der Kirche und den Laien. Der Heilige Theophan, der auf dem Wladimirer Bischofsstuhl war, schlug 1865 dem Synod vor, das Kloster als Missionszentrum wiederherzustellen. Obwohl sein Projekt nicht verwirklicht wurde, kündigte es die Wiederbelebung des Klosters an. Im Jahr 1909 wurde das Wolosowo Männerkloster zu einem Frauenkloster. Am 18. Februar 1911 wurde die Nonne Taissia zur Äbtissin ernannt.

In den Jahren 1927-1928 diente im Nikolai-Tempel Sergius, der aus Wladimir versetzt wurde. Er wurde dreimal verhaftet und 1937 erschossen. Ehemalige Bewohner lebten in der Nähe des Klosters in Häusern, die von den Einheimischen zur Verfügung gestellt wurden. In den 1930er bis 1980er Jahren wurden die Gebäude des Klosters von einem Kolchos genutzt, im Nikolai-Tempel befanden sich ein Geschäft und eine Bäckerei, andere Gebäude dienten als Lager und Wohnraum für die Kolchosarbeiter.

Das Kloster wurde 1992 von den Schwestern des Bogoljubowski Frauenklosters wiederbelebt. Im Jahr 1993 wurden die halbzerstörten Gebäude des Nikolo-Wolosowski Klosters zu einer Filiale des Suzdalskaja Pokrowski Frauenklosters, und seit 1996 ist es ein selbstständiges Kloster.