Согласно преданию, Мартирий выбрал для обители место, известное как Зелёный остров, из-за обилия зелени среди окружающих болот.
Первоначально монастырские постройки были деревянными и окружены деревянной оборонительной оградой. Среди первых строителей упоминается Фёдор Сырков, представитель известной новгородской купеческой семьи, участвовавший в возведении ряда архитектурных ансамблей в Москве, Новгороде и Тихвине.
В 1612–1613 годах, во время войны со Швецией, монастырь был разграблен и сожжён шведскими войсками. Восстановление обители началось в 1674 году под руководством митрополита Новгородского Корнилия, который ранее принял в ней монашеский постриг и впоследствии был её игуменом. В период с 1674 по 1695 годы были возведены каменные здания, включая пятиглавый Троицкий собор (1684 г.), церковь Благовещения Пресвятой Богородицы (перестроена в 1683 г.) и колокольню (1686 г.).
В XVIII веке монастырь пережил несколько значительных событий. В 1747 году императрица Елизавета Петровна утвердила церковное почитание преподобного Мартирия. В 1765 году обитель подверглась нападению раскольников, которые занимали её в течение нескольких недель. В 1771 году монастырь был причислен к третьеклассным и передан в ведение Санкт-Петербургской епархии.
В XIX веке в монастыре проводились ремонтные и строительные работы. В период с 1815 по 1834 годы были отремонтированы старые и возведены новые здания, обновлены росписи Троицкого собора, установлен новый иконостас в Благовещенской церкви. В 1853 году над местом погребения преподобного Мартирия была сооружена серебряная рака.
После революции 1917 года монастырь был закрыт, и его здания использовались для различных нужд. Богослужения продолжались до 1932 года, после чего обитель окончательно прекратила свою деятельность. В последующие годы на территории монастыря размещались различные учреждения, включая дом инвалидов, функционировавший до 1979 года.
В декабре 1992 года монастырский комплекс в разрушенном состоянии был передан Санкт-Петербургской епархии. В 1993 году началось возрождение обители, были проведены реставрационные и восстановительные работы. В Санкт-Петербурге было организовано подворье монастыря при храме иконы Божией Матери "Всех скорбящих Радость" (с грошиками).
