Обитель была основана 19 августа 1260 года, когда белозерский князь Глеб Василькович, внук великого князя Ростовского Константина Всеволодовича, спасся от бури и дал обет построить монастырь на месте, где его суда пристанут к берегу. Волны прибили суда к Каменному острову в день Преображения Господня, где князь нашёл пустынножителей, проповедовавших христианство среди местных язычников. Они имели часовню для молитв. Князь выполнил обет, построив храм в честь Преображения Господня и основав обитель, настоятелем которой стал старец Феодор.

Спасо-Каменная обитель с самого начала находилась под покровительством белозерских князей и быстро процветала, привлекая подвижников и укрепляя своё материальное положение. Со времён князя Димитрия Донского монастырь стал известен и московским князьям.

В XV веке Спасо-Каменный монастырь стал значимым религиозно-культурным центром, где подвизались Дионисий Глушицкий, Александр Куштский и Иоасаф Каменский.

В 1925 году советская власть закрыла монастырь. Монахов изгнали, а в зданиях пытались устроить колонию для малолетних преступников, которые вскоре разбежались. Осенью пожар повредил многие строения. После закрытия древнейший храм Русского Севера был уничтожен взрывом, оставив груду щебня.

В 1937 году Спасо-Преображенский собор был взорван ради кирпича для строительства Дома культуры, но его так и не использовали. Во время Великой Отечественной войны на острове организовали пункт по приёму и переработке рыбы.

В 1991 году архитектор Александр Асафов и инженер Александр Плигин начали восстанавливать монастырь с благословения архиепископа Михаила Мудьюгина. После смерти Асафова и прекращения финансирования Плигин продолжил работы на свои средства, опираясь на помощь семьи и друзей. Восстановили монастырскую гостиницу, построили часовню, начали реставрацию Успенской колокольни.

В 2006 году на острове было учреждено архиерейское подворье «Спасо-Каменный монастырь», настоятелем стал игумен Дионисий Воздвиженский. В 2009 году в Успенском храме провели первый молебен, а в 2010 году архиепископ Максимилиан освятил храм, и богослужения стали регулярными.

К 2010 году завершилось восстановление Успенской церкви-колокольни. С 2012 года настоятелем стал игумен Нестор Кумыш. В 2015 году началось воссоздание братско-настоятельского корпуса, но финансирование приостановили в 2016 и 2017 годах.

6 октября 2017 года Священный синод постановил открыть Спасо-Каменный Преображенский мужской монастырь и назначил игумена Дионисия Воздвиженского. В 2018 году объявили конкурс на реставрацию церкви Успения Пресвятой Богородицы. Работы оценили в 31 969 659 рублей. В том же году началось восстановление братского корпуса.

23 сентября 2018 года в монастырь вернули мощи преподобного Иоасафа Каменского. 5 мая 2019 года митрополит Игнатий Депутатов призвал к сбору средств на разбор завалов и восстановление главного храма монастыря.