Основателем монастыря считается преподобный Владимир Белопесоцкий, ранее принявший монашеский постриг в Варлаамо-Хутынском монастыре под Новгородом. Покинув обитель, он направился в московские земли, где основал собственный монастырь на левом берегу реки Оки при впадении в неё речки Кремиченки.
В 1498 году татарский князь Магмет-Аминь, получивший в удел земли Серпухова и Каширы, подтвердил права монастыря на владение землями и угодьями, освободив его от большинства даней и пошлин. В последующие годы обитель получала жалованные грамоты от великих князей Московских Василия III и Ивана IV Грозного, что способствовало расширению её земельных владений и укреплению экономического положения.
Стратегическое расположение монастыря на южных рубежах Московского княжества придавало ему важное оборонительное значение. Вдоль реки Оки проходила граница, защищавшая русские земли от набегов крымских татар. В связи с этим монастырь получил поддержку от московских князей и царей для строительства оборонительных сооружений.
В 1564 году был заложен первый каменный храм монастыря — собор Троицы Живоначальной. К концу XVI века большинство зданий и стены обители были возведены из камня, что усилило её оборонительные функции.
Во второй половине XVII века монастырь утратил своё военное значение и переживал период упадка. В 1681 году он был приписан к Коломенскому архиерейскому дому, а в 1700 году передан в ведение Троице-Сергиева монастыря. В 1764 году, в ходе секуляризационной реформы, монастырь лишился значительной части своих земельных владений и вновь стал самостоятельным, однако его экономическое положение значительно ухудшилось.
После Октябрьской революции 1917 года монастырь, как и многие религиозные учреждения, подвергся репрессиям. В 1918 году часть монахов была расстреляна, а в 1924 году обитель официально закрыта, её здания переданы историческому музею. Несмотря на это, богослужения продолжались до 1933 года.
В последующие годы на территории монастыря размещались различные учреждения: общежитие рабочих, тюрьма для заключённых, занятых строительством моста через Оку, а позднее — военные подразделения. В результате этого многие здания обители пришли в запустение и были частично разрушены.
15 октября 1991 года комплекс Свято-Троицкого Белопесоцкого монастыря был передан Московскому епархиальному управлению Русской Православной Церкви. 18 июля 1992 года в приходском Сергиевском храме состоялось первое после длительного перерыва богослужение. С этого момента начался процесс возрождения обители: были проведены реставрационные работы, восстановлены храмы и монастырские здания, возобновлена монашеская жизнь.
В настоящее время Свято-Троицкий Белопесоцкий женский монастырь является действующей обителью, входящей в состав Подольской епархии Русской Православной Церкви. На его территории расположены следующие храмы: собор Святой Троицы, храм Иоанна Предтечи, храм преподобного Сергия Радонежского и храм святителя Николая Мирликийского.
