Свято-Троицкий монастырь в Смоленске основан на месте католического костёла, устроенного в период польско-литовского владычества. В 1669 году здания обители были переосвящены из униатского монастыря базилиан в православный. Первоначальные постройки монастыря были деревянными. С 1669 по 1740 год монастырь служил резиденцией смоленских архиереев.
Каменный Троицкий собор возведён в 1672–1675 годах по инициативе митрополита Варсонофия (Еропкина) на средства из казны. Строительство предположительно осуществлялось московским зодчим Иваном Калининым. В 1697 году собор пострадал от урагана, а в 1727 году был перестроен под руководством епископа Гедеона: возведён второй этаж, с севера к алтарю пристроена ризница. Главный престол верхнего этажа освящён в честь Живоначальной Троицы, нижний — в честь Рождества Христова.
В 1740-х годах к южной стороне собора пристроена каменная усыпальница над захоронениями смоленских митрополитов: Симеона Милюкова, Сильвестра Черницкого, Сильвестра Крайского и Дорофея Крашневича. В 1760-х годах к югу от собора возведена церковь в честь Зачатия праведной Анной Пресвятой Богородицы, с 1767 года выполнявшая функцию больничного храма. В конце XVIII века монастырь обнесён каменной оградой.
В 1709 году по указу Петра I через территорию монастыря проложена улица (ныне Большая Советская), разделившая обитель на две части: собор с монастырскими постройками остались на восточной стороне, а колокольня — на западной. Колокольня сооружена в 1720-х годах, позднее усилена контрфорсами.
В 1925 году монастырь упразднён, богослужения прекращены в 1934 году. В советский период в зданиях размещались техникум физкультуры и другие учреждения. В 1979–1980 годах проведена реставрация Троицкого собора по проекту архитектора А. Силанова. В 2008 году монастырь передан Смоленской епархии и возобновлён как женский.