Монастырь был основан у источника святых Космы и Дамиана, который с давних времен считался целебным. Больных привозили к нему независимо от их вероисповедания, хотя рядом не было никаких построек для паломников или богослужений. Тем не менее, к 1 июля, в день памяти святых Космы и Дамиана, сюда ежегодно приезжало множество людей со всего Крыма. Приглашенные священники освящали воду и проводили молебны. В 1820-х годах графиня София Потоцкая профинансировала строительство сарая для богомольцев у источника.

4 мая 1850 года Святейший Синод уведомил архиепископа Иннокентия о высочайшем соизволении на открытие киновии у источника святых Космы и Дамиана. 19 марта 1851 года было получено разрешение на выделение земли для учреждения Космодамиановской киновии. Однако открытие киновии задержалось из-за русско-турецкой войны 1853 года и высадки англо-французских войск в Крыму в 1854 году. После окончания Крымской войны в 1856 году из Бахчисарайского Успенского скита был направлен иеромонах Макарий, который позже стал игуменом. Он вместе с монахом Игнатием приступил к строительству малой деревянной церкви.

В 1869 году на средства жертвователей был построен новый большой деревянный храм с железной крышей. Он имел крестообразную форму и стоял на каменном фундаменте. Храм был холодным, с двухъярусным иконостасом. 20 июня 1870 года его освятили во имя святых Космы и Дамиана. Маленькую церковь разобрали, а на ее месте устроили деревянную часовню над источником. Рядом расположили купальню, разделенную на мужскую и женскую половины.

В 1874 году была построена вторая монастырская церковь во имя Преображения Господня. Она была деревянной, теплой, с двухъярусным иконостасом. Обе церкви были снабжены утварью посредственно.

С 14 по 18 октября 1880 года киновию посетил будущий император Александр III вместе с будущей императрицей Марией Феодоровной.

В 1891 году вместо ветхой деревянной часовни над источником возвели новую, каменную до оконных рам, а выше, деревянную. Она была красивой и удобной для богослужения, представляла собой небольшую восьмигранную постройку с маковкой и крестиком. Из земли быстрым потоком выходил источник воды, заключенный в каменную колонну. Вода стекала в большой деревянный бассейн купальни.

В 1897 году деревянная купальня была перестроена и получила новую железную крышу. Помещение купальни и бассейн были разделены на мужскую и женскую половины. Вода в бассейне всегда была холодной, 6-7 °С, но многие богомольцы все равно купались в ней.

1 августа 1899 года было объявлено о преобразовании мужской киновии в женский монастырь.

Во время Первой мировой войны монахини помогали фронту. Монастырь, находясь в удаленном уголке Крыма, не испытывал серьезных потрясений. После установления Советской власти имущество и земли монастыря были национализированы. В 1923 году монастырь закрыли, а на его территории создали колонию инвалидов, которая просуществовала до 1924 года. Церкви были закрыты и переданы Крымскому заповеднику, колокола сняли. В бывшем храме открыли музей природы, в Преображенской церкви, клуб заповедника, а в часовне с купальней устроили инкубаторий для мальков форели. Другие здания использовались как лаборатории.

С началом Великой Отечественной войны работы сотрудников заповедника прекратились. Перед приходом немецко-румынских войск часть сотрудников успела эвакуироваться. Немецкие части прошли через управление заповедника 6 ноября 1941 года. Чтобы лишить партизан укрытия, германо-румынские власти решили уничтожить все здания на территории заповедника. В ноябре и декабре были сожжены казармы, конюшни, склады, клуб, музей и другие постройки, а также разграблена научная библиотека.