Крестив муромлян, благоверный князь Константин стал строить в городе храмы. Один из них, во имя страстотерпцев Бориса и Глеба, он поставил, по преданию, на месте нынешнего Троицкого монастыря. Неизвестно, когда Борисоглебскую деревянную церковь сменила деревянная Троицкая, где князьям-страстотерпцам был посвящён лишь придел. Но в Писцовой книге 1624 года мы уже обнаруживаем именно её: «Супротив монастыря, Благовещенского, церковь ружная Живоначальные Троицы древяна, верх шатровый, с папертью, глава и крест обиты железом белым, да в той же церкви придел Бориса и Глеба. и в церквах Божия милосердия образа и свечи поставные и сосуды церковные и ризы, и на колокольнице колокола, все церковное строение муромца торгового человека Бориса, Семенова сына, да сына его Богдана». «Торговые люди, упомянутые в описи 1624 года, это муромские купцы Цветновы. Торговали они преимущественно москательными товарами, и в их числе краской. Цветновы имели двор неподалёку от Троицкой церкви и, постепенно богатея, всё больше оказывали попечения о ней. То есть, говоря проще, были её ктиторами.
В 1642 году сын Бориса Цветнова Богдан заложил на месте деревянной Троицкой церкви каменную. Строилась она примерно год, о чём сообщает надпись на стене храма, «Лета 1642 августа 21 дня начата бысть сия церковь создатися. Совершена же бысть сия церковь 1642 году августа 6 дня тщанием и снисканием гостиные сотни торгового человека Тарасия, Богдана сына, по реклому Богдана, Цветнова, во славу и честь Отца и Сына и Святого Духа и ныне и присно и во веки веков. Аминь». Когда храм был отстроен, Тарасий Цветнов подал прошение епископу рязанскому Моисею об основании на месте Троицкого прихода девичьего монастыря и выразил готовность пожертвовать под его устройство своё дворовое место, а равно и выкупить соседний участок, принадлежавший Предтеченскому приходу. Разумеется, епископ не стал противиться благочестивому желанию Цветнова, а тот, усердствуя об основанной им обители, пошёл ещё дальше, «оную Предтеченскую церковь своим коштом перенес» на новое место, поскольку «от стоящих весьма близ монастыря у передних ворот приходской церкви святого Иоанна Предтечи деревянной с приделы монастырю имеется застень, вред и опасность и видимость красоты монастыря и церквей Божиих тем отнята». Устроив Троицкую обитель, Тарасий Цветнов, по всей видимости, сам удалился в монастырь, в соседний Благовещенский. Монастырь, основанный Цветновым, продолжил свой исторический путь вполне бодро. У него появились новые жертвователи, а в 1663 году он, по грамоте царя Алексея Михайловича, получил в своё владение бобыльские дворы по соседству.
В 1921 году Троицкую обитель закрыли. Насельницы её пошли в буквальном смысле по миру, а монастырские здания, оставшись без пригляда, вскоре так «опустились», что даже пролетарская пресса забила тревогу. С 1933 года монастырь был занят военными. Собор, надвратная церковь и колокольня служили складами. В 1936 году разобрали Трёхсвятительский и Пантелеймоновский приделы, кирпичи использовали на строительстве школы, а мусор и щебень так и оставили под стенами храма. С 1941 года «в здании бывшего Троицкого собора» расположилась артель им. Крупской, занимавшаяся пошивом обуви. После войны в монастыре расселили трудящихся, нуждающихся в улучшении жилищных условий, то есть, попросту говоря, превратили его в коммунальные квартиры. Такая ситуация сохранялась до возвращения обители епархии. При этом в 1970-е годы монастырский ансамбль поставили на государственную охрану как памятник республиканского значения, в связи с чем произвели косметический ремонт.
Передача Троицкого монастыря Церкви состоялась 15 мая 1991 года, на день памяти князей-страстотерпцев Бориса и Глеба. Он стал первым женским монастырём, возрождённым во Владимирской епархии. В конце мая в обитель приехали первые насельницы из рижского Троице-Сергиева монастыря. На Троицу, 26 мая, в монастыре служили первую литургию, правда, ещё не в Троицком соборе, а в надвратной Казанской церкви. Малое освящение Троицкого собора состоялось 21 июля, на праздник Казанской иконы Божией Матери. Троицкий храм сейчас полностью отреставрирован. Некоторые изменения в его облике небесспорны, однако в целом восстановительные работы считаются проведёнными удачно. В 2008-2011 годах в соборе выполнены росписи. Кресты, установленные сегодня на главах собора, подлинные, работы муромских кузнецов ХVII века, реставрация которых проводилась в 1990-е годы. В новейшее время главной святыней Троицкого собора, как и самого монастыря, являются мощи благоверных князя Петра и княгини Февронии, а также не менее известный Виленский крест-мощевик, появившейся в Муроме в 1658 году.
