Согласно легенде, своё название это место получило благодаря тому, что здесь любил прогуливаться епископ Питирим. Говорят, что 15 сентября 1688 года он вместе со святителем Митрофаном Воронежским и иноком Иннокентием выбрал участок для будущего монастыря в Ценском лесу неподалёку от Тамбова. Первым строителем и настоятелем монастыря стал иеромонах Варлаам, а святитель имел в обители свою келию. Изначально монастырь назывался Предтеченской пустынью, а со второй четверти XVIII века стал монастырём. Он располагался в полукилометре от берега Цны, в глубине леса, восточнее нынешнего места. В 1691 году была построена деревянная церковь св. Иоанна Предтечи. По преданию, Питирим сам выкопал в обители колодец с целебной водой. В 1717 году пожар уничтожил почти всю обитель, включая храм. Восстановленная церковь просуществовала до 1753 года, когда её разобрали из-за ветхости. На её месте построили деревянную Введенскую церковь, которая простояла до 1790 года. При епископе Феофиле Раеве активно велось строительство: в 1789 году перестроили келии и трапезную, возвели новый настоятельский корпус. С 1790 по 1808 год была построена каменная церковь Рождества Иоанна Предтечи, а в 1795 году монастырь обнесли каменной стеной. С 21 августа 1822 года по 8 октября 1824 года архимандритом монастыря был Филарет Райский. Второй пик строительства пришёлся на конец XIX и начало XX века. В 1895 и 1902 годах в русско-византийском стиле был построен храм Спаса Нерукотворного. В 1901 году обновили иконостасы и расписали стены Введенского храма. В 1903 году завершили строительство Предтеченского соборного храма. Монастырём управлял настоятель в сане архимандрита, который часто был и ректором Тамбовской семинарии. Число монахов не превышало 20 человек к 1917 году. До революции монастырь был популярен среди паломников и служил местом пребывания ушедших на покой иерархов Тамбовской епархии. Святынями монастыря были икона складень Неопалимой Купины, крест с мощами Иоанна Предтечи и чудотворная икона Божией Матери «Скоропослушница», привезённая из Афона в 1867 году.

После революции монастырь был закрыт. Здесь разместились места лишения свободы, были осквернены храмы и утрачены могилы архипастырей. В 1920-1921 годах монастырь стал первым советским концлагерем для участников крестьянского восстания под предводительством А. С. Антонова, через который прошло более 27 тысяч человек. В конце 1922 года концлагерь расформировали. В 1927 году здесь разместилось тамбовское отделение исправительно-трудового дома, позже, различные воинские части, а с начала 60-х годов, военный полигон. В сохранившихся зданиях, включая церкви, находились военные склады. Окончательное разрушение храмов и всего архитектурного комплекса произошло в 50-60-е годы XX века. Уцелели лишь несколько построек: трапезная, монашеский келейный корпус, конюшни, ледник и сеносушильни.

В 1998 году началось возрождение монастыря. Был расчищен склон у реки, раскопан колодец, началось строительство храма и крытой купальни. В 2002 году на территории бывшего Трегуляевского монастыря построили новый храм в честь Второго обретения мощей Святителя Питирима и часовню над источником, которую 8 августа того же года освятил Патриарх Московский и всея Руси Алексей II. Позже было создано Архиерейское Подворье. Продолжаются работы по благоустройству территории: установлен забор, проведена газификация, построена современная система отопления храма и дома настоятеля, монастырские врата украшены иконой святителя Питирима. Возобновились богослужения и паломничество в монастырь и к святому источнику. В 2007 году территория монастыря была передана из ведения Министерства обороны Тамбовской епархии.