Троицкий женский монастырь был основан в 1643 году богатым муромским купцом Тарасием Борисовым, известным как Богдан Цветной, на месте деревянной церкви. По преданию, здесь, на "Старом Вышнем городище", князь Константин, крестивший Муромскую землю, построил первый деревянный храм в честь Бориса и Глеба. Позже на этом месте возвели деревянную Троицкую церковь. В описании 1636 года упоминается, что она находилась напротив Благовещенского монастыря и была деревянной с шатровым верхом, с железной главой и крестом. В церкви был придел Бориса и Глеба, а также церковные сосуды и ризы, все это было построено муромским купцом Борисом Семеновым и его сыном Богданом. В 1642 году на месте старой деревянной церкви начали строительство каменной, и через год был возведен собор во имя Живоначальной Троицы. Закладной камень, сохранившийся до наших дней, свидетельствует о завершении строительства в августе 1642 года благодаря усилиям Тарасия Борисова.

В 1643 году Богдан Цветной получил разрешение от Епископа Рязанского и Муромского на создание женского монастыря на месте Троицкого прихода. В 1648 году над Святыми воротами была построена церковь во имя Казанской иконы Божией Матери. В 1652 году завершилось строительство многоярусной колокольни, что окончательно сформировало архитектурный облик монастыря. Главной святыней стал Виленский Крест, связанный с именем Богдана Цветнова.

В 1663 году монастырь получил грамоту от царя Алексея Михайловича, освобождающую его от налогов. В 1764 году в монастыре проживало 15 монахинь, и сюда перевели монахинь из упраздненных монастырей. В 1786 году для расширения перестроили паперть и галерею собора. В 1792 году пожар уничтожил все келии, а в 1805 году сгорела деревянная ограда. В 1807 году на средства вдовы Александры Дмитриевны Неймановой началось строительство новой каменной ограды, завершенное в 1808 году. В 1810 году перестроили Трехсвятительский придел собора. В 1865 году на средства Алексея Васильевича Ермакова была построена каменная часовня, а также вызолочены главы на соборе и колокольне. В 1885 году разрешили строительство второго этажа над теплым приделом. В 1898 году построили каменный корпус, где в 1899 году открылась женская церковно-приходская школа, ставшая двухклассной в 1902 году.

В 1918 году монастырь был закрыт, а его здания использовались для различных нужд. В 1930-е годы монастырь находился в ведении военного ведомства, а его здания использовались как склады. В 1941 году здание собора передали под сапожную мастерскую. В 1961-1962 годах была проведена косметическая реставрация. В 1970-х годах ансамбль монастыря был признан памятником республиканского значения. 15 мая 1991 года монастырь был передан Русской Православной Церкви, став первым женским монастырем, открытым во Владимирской епархии.

С 2001 года при монастыре действует пансионат "Надежда" для несовершеннолетних и престарелых. Монастырь также оказывает поддержку нескольким тюрьмам, колонии для несовершеннолетних, воинской части и муромскому обществу инвалидов-колясочников "Феникс".