Существуют различные версии относительно времени основания монастыря. По одной из них, монастырь был основан в XVI веке и впоследствии разорён литовцами. По другой версии, основание монастыря связано с деятельностью митрополита Суздальского Илариона (1632–1708), который учредил его как мужской монастырь. В 1764 году монастырь был упразднён, а его деревянная церковь во имя апостолов Петра и Павла, построенная в 1674 году, была передана в ведение Архангельского мужского монастыря. Земля, ранее принадлежавшая монастырю, перешла в пользование казённых крестьян села Федосьина.
В 1794 году юрьевский купец Дмитрий Михайлович Курбатов получил разрешение на возобновление старой деревянной церкви апостолов Петра и Павла. С привлечением средств московских купцов он построил новую церковь и основал при ней богадельню для престарелых и бедных. Однако в 1799 году городские власти закрыли богадельню, а Курбатов был обвинён в привлечении суеверного народа и объявлен в розыск.
В 1825 году жители Юрьева-Польского подали прошение о сносе ветхой Петропавловской церкви. В 1830 году по указу Святейшего синода церковь была снесена. В 1843 году купец Пётр Бородулин выменял у крестьян землю и получил разрешение на строительство каменной церкви. Строительство храма во имя апостолов Петра и Павла началось в том же году и завершилось в 1853 году. Храм был выполнен в стиле классицизма с элементами неорусского стиля.
В 1871 году пожар уничтожил женский Введенский монастырь в Юрьеве-Польском. Монахини получили разрешение занять Петропавловскую церковь, которая стала соборным храмом нового монастыря. По указу Святейшего синода от 26 января 1874 года обитель официально стала называться Петропавловским женским монастырём. В это же время была построена Успенская тёплая церковь в неорусском стиле.
В конце XIX века, под руководством игумении Клавдии, была построена пятиярусная колокольня в неорусском стиле. В 1898 году при монастыре открылась богадельня, а ранее — школа для девочек, где преподавались Закон Божий, письмо, арифметика, грамота, шитьё и рукоделие.
В 1920-х годах монастырь был упразднён, а в 1925 году все колокола были проданы на цветной металл. Петропавловский собор и Успенский храм были разорены, их главы и своды разрушены, частично обрушились стены.
27 мая 2010 года по благословению архиепископа Суздальского и Владимирского Евлогия было положено начало возрождению Петропавловского женского монастыря, который первоначально стал подворьем Никольского женского монастыря. Восстановление обители началось с кладбищенской церкви Вознесения Господня, которая сохранилась лучше остальных построек. 15 октября 2010 года Петропавловский собор и колокольня были переданы Владимирской епархии Русской православной церкви в бессрочное безвозмездное пользование. 22 октября 2015 года Священный синод постановил открыть Петропавловский женский монастырь.
В июне 2019 года по ходатайству полномочного представителя президента России в Центральном федеральном округе Игоря Щёголева была создана рабочая группа по оказанию помощи в возрождении монастыря. В 2022 году начались консервационные работы на территории монастыря. Колокольня ожидает завершения проектирования для проведения реставрации.
