Николо-Бабаевский монастырь основан во второй половине XIV века на правом берегу реки Волги при впадении в нее реки Солоницы. Название обители происходит от бабаек — больших весел, использовавшихся для сплава леса по Волге. Согласно древнему известию, икона святителя Николая Чудотворца приплыла по реке на одном из таких весел и была обретена местными жителями. Для образа была устроена деревянная часовня, а позднее инок Иоанн, ученик преподобного Сергия Радонежского, основал монастырь.
В XV–XVII веках обитель оставалась малозначительной и неоднократно страдала от набегов, пожаров и разорений. Основные постройки были деревянными, включая ограду и храмы. В 1619 и 1870 годах произошли наиболее разрушительные пожары, уничтожившие архивные документы. В середине XVII века деревянный храм заменен двухэтажным каменным, вероятно, благодаря пожертвованиям благотворителей, среди которых был царь Алексей Михайлович, выделивший монастырю лесные угодья.
В 1709 году монастырь был приписан к Николаевскому монастырю в Переяславле-Залесском, но в 1728 году возвращен в самостоятельное управление. В XVIII веке при игумене Гурии установлено празднование Иверской иконы Божией Матери, связанное с исцелением настоятеля. Князь Григорий Потемкин пожертвовал обители часть мощей святителя Николая в серебряном ковчеге.
В XIX веке монастырь значительно расширился. В 1814 году построена Успенская надвратная церковь, в 1821 году — больничный храм во имя святителя Иоанна Златоуста и преподобного Сергия Радонежского. С 1817 по 1823 год возведен пятиглавый Никольский собор. В 1861–1867 годах в монастыре проживал на покое епископ Игнатий (Брянчанинов), при котором начато строительство Иверского собора по проекту архитектора Ивана Горностаева.
После 1917 года монастырь упразднен. В 1940 году взорван Иверский собор, позднее разрушены другие храмы. На территории размещались совхоз, санаторий и военный госпиталь. В 1998 году обитель возвращена Русской Православной Церкви. Сохранились частично перестроенные здания XIX века, включая больничную церковь, где ранее находились мощи святителя Игнатия.