Николо-Сольбинский монастырь основан в конце XV — начале XVI века как мужская обитель на Быльцином поле, в 4 км от нынешнего местоположения. Первоначально он являлся хозяйственным подворьем Московского Симонова монастыря, учрежденного по благословению преподобного Сергия Радонежского. Земли, на которых располагался монастырь, принадлежали Ивану Федоровичу Кошкину и его сыну Захарии, предкам династии Романовых.
В 1506–1511 годах на месте подворья Симонова монастыря возник Николаевский пустынный монастырь на Сольбе в Быльцино. Основание обители связано с архимандритом Варлаамом, впоследствии митрополитом Московским и всея Руси, который в тот период был настоятелем Симонова монастыря. В Смутное время, около 1609 года, монастырь был полностью разрушен польскими интервентами и разбойниками, и монашеская жизнь здесь прервалась на столетие.
В 1710 году по прошению архимандрита Варлаама (Высоцкого) владения бывшего Никольского Сольбинского монастыря были переданы под управление Переславского Борисоглебского монастыря. На новом месте, близ реки Сольбы, обитель была восстановлена. В 1713 году построен деревянный Никольский храм с приделом великомученицы Варвары, а в 1730-х годах возведен каменный Успенский храм с приделами святителя Николая и Усекновения главы Иоанна Предтечи.
В 1742 году монастырь получил независимость от Переславского Борисоглебского монастыря. В XVIII веке обитель служила местом ссылки для клириков Переславской епархии. В 1903 году монастырь был преобразован в женский. К 1914 году в нем проживало 115 сестер. В декабре 1918 года обитель закрыли, имущество конфисковали, а насельниц изгнали. В советский период на территории монастыря размещались детский дом, интернат для инвалидов и психиатрическая больница.
В 1994 году монастырь был возвращен Русской Православной Церкви. В 1999 году началось его восстановление. К 2024 году в обители действуют семь храмов, включая Успенский, Никольский, храм блаженной Ксении Петербургской и другие. При монастыре функционируют школа, профессиональный колледж и социальные учреждения.