Датой основания монастыря считается 1364 год, и от его первых деревянных построек ничего не сохранилось. Наибольший подъём монастыря связан с именем Василия III, который в начале XVI века пожертвовал монастырю большие средства, использованные для строительства дошедших до нас Покровского собора и Святых врат, и, по-видимому, не сохранившихся келий и ограды. Одной из первых узниц монастыря стала обвинённая в бесплодии жена Василия III Соломония Сабурова, постриженная в монахини в 1525 году под именем старицы Софии.
Впоследствии возникла легенда, что Соломония во время пострижения была уже беременна и в Покровском монастыре родила царевича Георгия. Якобы мальчик тайно воспитывался где-то в лесу, а когда вырос, стал знаменитым разбойником Кудеяром. В 1934 году при реконструкции монастыря реставратором А. Д. Варгановым была вскрыта гробница предполагаемого сына Соломонии, в которой, он, по его словам, обнаружил лишь детскую рубашку. Однако историк Дмитрий Володихин приводит сведения, что протокола вскрытия гробницы А. Д. Варгановым в 1934 года не существует, а протокол о раскопках, проводимых в монастыре в 1996 году, утверждает, что «погребения на этом месте не могло быть по причине физического отсутствия места для него, ибо фундамент представляет единый монолит».
Имена других знатных обитательниц монастыря сохранились в усыпальнице монастыря, расположенной под зданием Покровского собора. Это дочь Ивана III Александра, жена Ивана IV Анна Васильчикова, первая жена Владимира Старицкого Евдокия Нагая, Евпраксия Пожарская, царевна Анастасия. Здесь же была заключена вдова Василия Шуйского царица Мария Буйносова-Ростовская, переехала в Новодевичий монастырь.
В 1551 году после смерти годовалой дочери Ивана Грозного была заново отстроена Зачатьевская трапезная церковь, заменившая деревянное строение XIV века. Апсида была пристроена к ней в XVII веке, тогда же появилась поварня и было продолжено строительство ограды, начатое в XVI веке.
В 1923 году монастырь был закрыт и разорён.
Начиная с 1933 года в монастыре была расположена военная биологическая лаборатория, БОН ОО ОГПУ, Бюро особого назначения Особого отдела ОГПУ — шарашка, в которой работали заключённые специалисты, занимавшиеся разработкой биологического оружия. В 1934 году лаборатория была передана биохимическому институту РККА. В 1935 году находившиеся в заключении Николай Гайский и Борис Эльберт впервые в мире создали жидкую вакцину против туляремии. Лаборатория находилась в монастыре до 1936 года.
В 1950—1960-е годы монастырские постройки были реставрированы, в них открылись музейные экспозиции. В 1980-е годы здесь разместился туристско-гостиничный комплекс с рестораном и баром. В соборе был концертный зал.
С 1992 года в древней обители возродилась монашеская жизнь. В настоящее время монастырь действующий. Ему принадлежат собор, здание богадельни, хозяйственные постройки. Избы-кельи построены заново в 1970-х годах на месте обветшавших старых домов. 22 апреля 2020 года в безвозмездное пользование Владимирской епархии передана приказная изба, последнее до того времени не переданное здание на территории монастыря.
