Усть-Медведицкий Спасо-Преображенский монастырь основан в 1652 году по благословению Патриарха Никона как мужская обитель. Первыми строителями стали игумен Исаия и старцы Иосиф, Корнилий и Кирилл. Освящение главного храма состоялось в 1670 году. Первоначально монастырь располагался близ Дона, но в 1752 году был разрушен паводком и перенесен на нынешнее место.
В 1785 году по ходатайству войскового атамана А.И. Иловайского монастырь преобразован в женский. В обитель перевели 40 девиц из Сиротинского девичьего собрания под руководством дьякона Василия Михайлова. Первой настоятельницей назначена вдова войскового старшины Мария Абрамовна Карпова.
В 1863-1905 годах монастырем управляла игуменья Арсения (Себрякова). В этот период построен Казанский храм (1885) по проекту академика И.И. Горностаева в византийском стиле. Храм имел нижний придел во имя преподобного Арсения Великого. В 1874 году игуменья Арсения начала создание пещерного комплекса, имитирующего Крестный путь Спасителя и Страстной путь Богородицы.
В 1928 году монастырь закрыт советской властью. На территории размещались колония для беспризорников, электростанция и пионерлагерь. В 1991 году Священный Синод РПЦ принял решение о возрождении обители. В 2001 году монастырь вновь стал женским. В 2014 году освящен новый Преображенский храм с 33 куполами.
Архитектурный ансамбль включает: Казанский храм (1885), Преображенский храм (2014), часовню преподобного Серафима Саровского, арку-звонницу (восстановлена из уцелевшего фрагмента взорванного в 1934 году храма), пещерный комплекс (1874-1885) с камнем, на котором сохранились отпечатки ладоней и коленей.