Монастырь во имя Святителя и Чудотворца Николая основан в 1573 году иеромонахом Матфеем, донской казак Матвей, в густом тёмном лесу, отсюда название, Николо-Чернеев. В древних актах он назывался также «Матфеевою пустынью». Монастырь ещё называли казачьим, поскольку в строительстве принимало участие донские казаки: «они-де издавна тот Чернеев монастырь всем войском Донским и доныне строят и многие вклады дают», писал в 1663 году атаман Осип Петров. К концу XVII века Матфеевой пустыни уже принадлежало более 600 крестьянских дворов, пахотные земли, обширные лесные угодья, сенокосы, рыбные ловли. Монастырь богател преимущественно благодаря вкладам донских казаков: возвратившись из похода, казаки просили на кругу Войска Донского разрешения отправиться на богомолье, «обещаясь помолиться в Москве Московским чудотворцам и великому чудотворцу Николаю в Чернеевском монастыре».
Первоначально, в сношения с Московским государством монастырь входил через Черкасский казачий круг. С 1686 года монастырь отошёл к Тамбовской епархии. Казакам впредь запрещалось вмешиваться в дела обители и принимать кого-либо из её насельников у себя на Дону, но разрешалось делать вклады в Чернеевский монастырь, посещать его, а при достойном поведении, постригаться там в монашество.
Её настоятелям с давних пор было присвоено звание архимандритов. В 1725—1764 годах к монастырю был приписан Вышенский Успенский монастырь. В 1764 году оставлен за штатом, а в мае 1818 года вновь стал штатным.
Он числился, по расписанию, в 3-м классе, и имел братии до 30-ти человек.
Монастырь с 1912 года был женским. Настоятельницей монастыря была игумения Маргарита. Количество сестёр монастыря достигало 40 человек.
В 1926 году монастырь был закрыт, пребывание сестёр в нём было запрещено, однако монастырский храм продолжал действовать до 1936 года.
После закрытия храма монастырь был передан местному совхозу для использования в жилищно-бытовых целях; внутри соборного никольского храма разместили зернохранилище, а в пристройке к храму, мельницу, в храме Казанской иконы Божией Матери находились магазин и склад, а на верхнем ярусе колокольни был установлен водонапорный бак. В братских корпусах жили простые рабочие, а в одном из зданий было правление совхоза.
В 1970 году монастырь был передан на баланс Желанновского краеведческого музея, директор которого, Николай Илларионович Панин, стал осуществлять посильную реставрацию зданий монастыря.
В 1991 году монастырь был передан Русской Православной Церкви для возобновления монашеской жизни и Богослужения. Первым настоятелем, вновь мужского монастыря, в 1991—1993 годах, был игумен Феодосий Агапов, затем игумен Пимен Баханов, с сентября 1998 года Феофан Данченков. С 14 декабря 2018 года архимандрит Феодосий Иванов.
