Согласно церковным преданиям, первые монахи поселились в этом месте в XIV или XV веках. Первое письменное упоминание о местности «Святые горы» датируется 1526 годом и встречается в записках имперского посла Сигизмунда Герберштейна.

Первое достоверное упоминание о монастыре относится к 1624 году, когда духовенству была выдана царская грамота на право владения этой землёй. В 1679 году монастырь был захвачен и разграблен крымскими татарами. К монастырю также относилась Гороховатская Богородичная пустынь. Позже монастырь был восстановлен и в XVIII веке утратил оборонное значение, став крупным землевладельцем.

В 1787 году по указу императрицы Екатерины II Святогорский монастырь был упразднён, а его земли и угодья перешли в казну. В 1790 году новым владельцем стал князь Потемкин-Таврический. По указу Святейшего Синода монастырские храмы были преобразованы в приходские, а остальные разобраны. Монастырь оставался в упразднённом состоянии почти 57 лет, земли оставались в роду Потёмкиных.

В 1844 году по ходатайству Татьяны Потёмкиной указом императора Николая I монастырь был восстановлен по чину и уставу Глинской пустыни Курской епархии. За следующие 70 лет он достиг расцвета, став одним из крупнейших в Российской империи. В этот период обсуждалось присвоение монастырю статуса лавры. Монастырь имел кирпичные мастерские, мельницы, торговые лавки и привлекал множество паломников. В конце XIX века был устроен Спасо-Святогорский скит с храмом Христа Спасителя, а также действовали пещерный Арсеньев скит и Ахтырский скит. Перед Первой мировой войной в монастыре было около 600 монахов.

События 1917 года и приход Советской власти трагично отразились на судьбе монастыря, разграбление которого началось в январе 1918 года. Основатель Донецко-Криворожской советской республики «товарищ Артём» сыграл роль в судьбе монастыря: основные храмы были сохранены, но в Свято-Успенском соборе устроили кинотеатр, а в Свято-Покровском, библиотеку.

В 1922 году монастырь был ликвидирован, а на его месте образован Дом отдыха для трудящихся Донбасса, что привело к окончательному разорению монастыря.

Святогорская обитель была вновь открыта в 1992 году. Первые насельники, монах, священник Серафим и четверо молодых послушников из Донецка. В том году монастырю вернули разграбленный и осквернённый Свято-Успенский собор, который был превращён в кинотеатр. В 1995 году, с увеличением числа братии, началась реставрация храмов и корпусов.

28 ноября 2003 года монастырю передали здания, находившиеся в ведении Славяногорского историко-архитектурного заповедника и санатория «Святые Горы». Учитывая древность обители и её историческую роль, 9 марта 2004 года Священный синод Украинской православной церкви присвоил монастырю статус лавры, сделав его третьей православной лаврой на Украине после Киево-Печерской и Почаевской.

5 декабря 2005 года состоялась епископская хиротония наместника лавры архимандрита Арсения Яковенко. 12 июля 2008 года прославили Собор святых отцов, просиявших во Святых Горах на Донце. В собор вошли 17 святых. Решение о канонизации 16 из них было принято 8 мая 2008 года. Преподобный Иоанн, затворник Святогорский, был прославлен в 1995 году.

7 июля 2009 года братией монастыря были обретены мощи архимандрита Арсения Митрофанова и преподобного Исаакия Головина. Свято-Успенская Святогорская лавра является значительным духовным центром православной паствы востока Украины. Отреставрированы Успенский собор, монастырская колокольня с Покровским храмом, древнейший храм в честь преподобных Антония и Феодосия Печерских. Восстановлены храмы в честь преподобного Алексия и святителя Николая. Возрождён Всехсвятский скит с деревянным храмом.

Все храмы, пещеры и уцелевшие здания вернули монастырю. В обители служат более сотни братии. Летом 2014 года монастырь приютил 800 беженцев, включая 300 детей. Священный синод Украинской православной церкви определил лавру местом пребывания епископов Иннокентия Шестопаля и Ипполита Хилько.

Первые монахи выкопали церкви и кельи в верхнем ярусе. Свет проникал через маленькие оконные проёмы, освещая фрамугу для иконы и другие элементы. Кельи соединяются с квадратным залом, опирающимся на массивный столб. В восточной стене видны следы от иконостаса первой подземной церкви до 1632 года. Сначала она называлась Успенской, затем Николаевской, а в XIX веке, Иоанна Предтечи.

От этой церкви разветвляются лабиринты тротуаров и келий. Один тротуар соединяет её с трапезной, другой ведёт к нижнему ярусу с Алексеевской пещерной церковью. В 1753 году сюда сослали раскольника Чекменьева. Алтарная часть церкви имела форму сегментной фрамуги и была отделена пилястрами.

Внутри меловой горы расположена церковь преподобных отшельников Антония и Феодосия. Коридор, вырубленный в меловой породе, ведёт к главному месту в церкви. Её основали последователи киевских монахов, бежавших от Батыевых орд. Археологи нашли здесь посуду VIII и X веков.

На меловом утёсе находятся остатки трёхкамерной Николаевской церкви в стиле слободского барокко. В 1679 году на этом месте стояли три меловых конуса с окошками. Пещерная Успенская церковь частично обрушилась, обнажив интерьер. Церковь дополнила утраченную часть скалы и стала её украшением. Её купола расположены по оси восток-запад. Украинские мастера XV и XVI веков часто ставили на восьмигранник большего объёма восьмигранник меньшего объёма. Над алтарём возвышается пирамидальная башня с куполом. Западную башню украшает декоративный орнамент из кирпича.