Основание обители связано с почитанием Казанской иконы Божией Матери, копия которой была привезена в Вышний Волочёк в конце XVI века и размещена в часовне у источника на окраине города.В 1870 году, при содействии предводителя местного дворянства князя Арсения Степановича Путятина, был приобретён участок земли для создания женской общины.20 октября 1872 года Священный Синод утвердил Казанскую общину, состоявшую из 24 сестёр и больницы на 8 человек.Первой настоятельницей стала монахиня Досифея (в миру Александра Васильевна Салтыкова)
В 1873 году в больничном корпусе был освящён домовый храм в честь Боголюбской иконы Божией Матери, а над южными воротами устроена звонница. В период с 1877 по 1882 годы, на средства благотворителей, включая петербургского купца Е.Н. Сивохина и московского купца Г.Г. Германова, по проекту архитектора А.С. Каминского был возведён Казанский собор. 14 ноября 1881 года община была преобразована в женский общежительный монастырь, а монахиня Досифея возведена в сан игумении .
В последующие годы монастырь активно развивался. В 1883–1888 годах была построена колокольня с храмом в честь преподобного Ефрема Сирина и мученицы Неонилы. В 1889 году завершено строительство нового больничного корпуса с домовым храмом пророка Илии и великомученика Пантелеимона. К концу XIX века обитель насчитывала более 700 сестёр, имела иконописную, вышивальную, швейную, башмачную и переплётную мастерские, приют для девочек и церковно-приходскую школу. Монастырь владел 505 десятинами земли и имел три киновии: Спировскую, Кашаровскую и Пятница-Бор .
В 1897–1901 годах, при участии святого праведного Иоанна Кронштадтского, был построен Андроников собор с главным престолом в честь Андрониковой иконы Божией Матери и приделами в честь святителя Григория, просветителя Армении, и епископа Иннокентия Иркутского. Под храмом устроена усыпальница, где были захоронены игумения Досифея, схимонахиня Пелагия, казначея Макария и князь Арсений Путятин .
После революции 1917 года монастырь был закрыт, его здания использовались под склады и размещение воинской части. В 1922 году все храмы и корпуса были заняты подразделениями Тверской стрелковой дивизии. Были разрушены церковь и часовня за пределами монастыря, снесены главы соборов, утрачено внутреннее убранство .
Возрождение монастыря началось в 1991 году по определению Священного Синода. Были восстановлены купола соборов, отреставрирован надвратный храм преподобного Ефрема Сирина, в котором возобновились богослужения. В 2020 году начата реставрация Казанского собора, проведены противоаварийные работы в Андрониковом соборе и других корпусах. В 2022 году, в год 150-летия основания монастыря, было совершено Великое освящение воссозданного Казанского собора .
