8 июля 1579 года 9-летняя девочка Матрона обрела икону на месте, указанном ей во сне. Рассказ об этом и о первых чудесах от иконы впервые составил очевидец событий священник Ермолай, будущий патриарх Гермоген, прославленный Церковью как священномученик. Обретение чудотворной иконы всего через 27 лет после взятия Казани русскими войсками было воспринято современниками как символическое событие огромного значения. В том же 1579 году, по государеву указу Ивана IV Грозного, на месте обретения был основан девичий Богородицкий монастырь. Первой монахиней в нём, по преданию, стала сама девочка Матрона, получившая после пострига имя Мавра.
Ополчение Минина и Пожарского в 1612 году взяло в поход на Москву Казанскую икону, по благословению местоблюстителя патриаршего престола казанского митрополита Ефрема.
Подлинник иконы после похода 1612 году был возвращён в Богородицкий монастырь Казани.
Приток паломников сделал Богородицкий монастырь известной святыней Среднего Поволжья.
По реформе Екатерины II, поделившей все обители России на штаты, он был причислен ко второму классу, а в 1809 году, к первому, самому высшему. Число монахинь и послушниц постепенно выросло от 100 с лишним в начале XIX века до 500 к моменту революции.
После закрытия в сентябре 1918 года Казанского Кремля и его храмов в монастырь были перенесены главные уцелевшие святыни Казанской епархии: мощи святых Гурия и Варсонофия Казанских.
Хотя монастырь был упразднён, в течение всех 1920-х годов действовала официально зарегистрированная православная община. В 1931 году общину перевели в Петропавловский собор, после чего большая часть ансамбля обители подверглась разрушению.
С 1942 года на территории бывшей обители размещалась табачная фабрика, западная часть разорённого ансамбля позже была застроена 5-этажными домами, в Крестовоздвиженском храме находился филологический факультет Казанского педагогического института.
В 1994 году была возвращена верующим Софийская церковь, в 2004—2005 годах возвращён и отреставрирован большой Крестовоздвиженский храм. 21 июля 2005 года патриарх Московский и всея Руси Алексий II передал Казанской епархии возвращённый папой римским так называемый Ватиканский список Казанской иконы Божией Матери. Этот список был помещён в Крестовоздвиженском храме. Ватиканский список почитается братией и прихожанами, ежедневно к нему приходит множество паломников.
Монастырь с 2005 года возрождается как мужской, хотя до закрытия был женским. Братия его насчитывает несколько человек. С территории монастыря была выведена находившаяся здесь в советское время табачная фабрика. Во время раскопок на территории монастыря были обнаружены останки монахинь и послушниц обители. 12 октября 2019 года они были перезахоронены на монастырском некрополе.
4 ноября 2015 года, в День народного единства и праздник Казанской иконе Божией Матери, президент Республики Татарстан Рустам Минниханов подписал указ «О создании Болгарской исламской академии и воссоздании Собора Казанской иконы Божьей Матери».
В соответствии с ним, «в целях сохранения и развития традиционных духовных ценностей, укрепления межконфессионального и межнационального мира и согласия» было постановлено, поддержать инициативу Духовного управления мусульман Российской Федерации, Центрального духовного управления мусульман России, Духовного управления мусульман Республики Татарстан по созданию в городе Болгаре Спасского муниципального района Республики Татарстан научно-образовательного и духовно-просветительского мусульманского центра «Болгарская исламская академия», а также инициативу Татарстанской митрополии Русской православной церкви и мэрии города Казани «о воссоздании Собора Казанской иконы Божьей Матери в рамках комплекса Казанского Богородицкого монастыря».
Тем же указом Кабинету министров Республики Татарстан было предписано предусмотреть организацию мероприятий по закладке памятного камня на месте создания Болгарской исламской академии 21 мая 2016 года и камня на месте возрождаемого собора Казанской иконы Божией Матери 21 июля 2016 года, а также предусмотреть учреждение памятных книг и установление мемориальных знаков с целью увековечения памяти лиц, внёсших вклад в создание академии и воссоздание собора.
Поддержку указу выразили участники II Форума православной общественности Республики Татарстан, проходившего в Казани 26 ноября 2015 года, призвав «духовенство и мирян, представителей бизнеса, культуры и науки, всех людей доброй воли оказать всемерное содействие богоугодному делу возрождению всемирно известной православной святыни».
27 апреля 2016 года на месте, где раньше находился собор Казанской иконы Божией Матери, начались археологические раскопки.
21 июля 2016 года, в день празднования явления иконы Пресвятой Богородицы во граде Казани, патриарх Московский и всея Руси Кирилл освятил место закладки восстанавливаемого собора Казанской иконы Божией Матери.
