Основан в XVI веке на холме у места слияния речек Лыбедь и Трубеж, территория Рязанского Кремля. Согласно местному преданию на этом месте была явлена чудотворная икона Божией Матери Казанской. В 1786 году был перенесён к Вознесенской церкви города Рязани на въезде в город с Владимирского гужевого тракта «в Новинках», современная Затинная улица, где располагается до настоящего времени. В 1861 году при игуменье Екатерине с целью заботы о старых и немощных сёстрах, которые уже не могли трудиться и требовали призора, в монастыре учреждается община и больница. С 1863 года настоятельницей обители становится Евгения, усилиями и стараниями которой монастырь засиял заново. Так, на средства банкира и мецената Сергея Афанасьевича Живаго в 1868 году при монастыре было открыто четырехклассное училище для девочек. На месте обветшавшей Вознесенской церкви на средства московского купца Никанора Петровича Суворова и других благотворителей построен новый соборный храм в честь иконы Казанской Божией Матери с приделами священномученика Харалампия и преподобного Сергия Радонежского. 16 августа 1870 года архиепископом Алексием Ржаницыным проведено освящение собора. В том же году на территории монастыря была построена надвратная церковь в честь великомученицы Варвары, над церковью возвышалась колокольня. В 1872 году монастырь получает статус первоклассного. Помимо указанных храмов на территории располагалось ещё 40 отдельных зданий различного назначения, в том числе библиотека-читальня, пекарня, свечной завод. При монастыре было кладбище, где хоронили не только монахинь, но и известных своими заслугами горожан. Монастырь был обнесён каменной оградой с двумя воротами, восточными и западными. За пределами обители находилась монастырская гостиница и огород площадью 2,5 гектара. Численность насельниц к 1917 году составляло около 400.
После революционных событий 1917 года началось разорение монастыря, который был окончательно ликвидирован в 1919 году, монахини изгнаны, все его ценности реквизированы, а территория монастыря с высокой каменной оградой идеально подошла большевикам для заключения первых жертв революции и организации концентрационного лагеря принудительных работ. Часть зданий бывшего монастыря была отведена под квартиры коменданта лагеря и сотрудников, часть зданий занимала вооруженная охрана. 20 февраля 1923 года Рязанский губернский лагерь принудительных работ был расформирован, после чего в Казанском храме устроили красноармейский клуб, росписи на стенах храма замалевали революционными картинками. Позже в стенах монастыря размещалась колония для беспризорников, было организовано швейное производство военного обмундирования. Большую часть стен и башен монастыря разобрали по приказу властей «на нужды горсовхоза», сохранились только башня и кусок стены монастыря на углу Затинной и Вознесенской улиц, часть помещений обители, в том числе надвратную церковь с колокольней, отдали под жилые квартиры, в дальнейшем некоторые из них были перестроены и приватизированы, часть стояли заброшенными. Монастырский некрополь, где были похоронены многие известные рязанцы, в частности, потомок воеводы ополчения Минина и Пожарского, граф М. Д. Бутурлин, рязанский губернатор П. С. Кожин, меценат С. А. Живаго, был почти полностью разрушен. В 1924 году в Казанском Соборе разместили губернский, позже областной, архив.
16 декабря 2005 года состоялось передача здания Казанского собора монастыря Рязанской Епархии. 4 ноября 2006 года состоялся первый молебен в Казанском соборе перед иконой Матери Божией «Казанская». В октябре 2007 года при монастыре открылось Рязанское епархиальное женское духовное училище, преобразованное из Школы регентов-псаломщиков при Рязанской православной духовной семинарии, решение Священного Синода от 21 августа 2007 года. Решением Священного Синода от 23 июня 2008 года настоятельницей Казанского женского монастыря была назначена монахиня Анна Сычугова. На территории бывшего монастырского некрополя собраны его уцелевшие надгробия, в 2010 году на ней установлен поклонный крест. В 2019 году на бывший монастырский некрополь был возвращен памятник Михаилу Михайловичу Гайдукову, находившийся на нем до ликвидации кладбища и обнаруженный во время субботника на территории рязанского «Дома художника», а также ряд надгробий, неизвестного в настоящее время происхождения.
