Монастырь основан в первой половине XV века преподобным Макарием Желтоводским и Унженским. Желтоводским назван по Жёлтому озеру, на берегу которого святой Макарий основал обитель. Волга, меняя своё русло, со временем поглотила озеро, и монастырь оказался на волжском берегу. Престол центрального собора освящён в честь Святой Троицы, поэтому монастырь именуется Троицким. В 1439 году сожжён ханом Улу-Мухаммедом, монахи, самовольно заселившие чужой участок, убиты, а святой Макарий был уведён в плен. Казанский хан Улу-Мухаммед обратил особое внимание на благообразного игумена. Приведшие пленника рассказывали, «Это муж кроткий, ни словом, ни делом не причинил никому зла не только из своих, но даже из наших единоплеменников, на наших землях не селился, самовольно не брал». Тогда хан с гневом закричал на военачальников, «Для чего вы оскорбили такого доброго мужа, не спорившего с вами, и разорили его жилище? Или не знаете, что за таких кротких людей может прогневаться Сам Аллах, Который есть Один над всеми?» Сказав это, Улу-Мухаммед приказал освободить невинного страдальца. Получив свободу, преподобный Макарий попросил отпустить на волю и других узников. 400 мужчин и несколько женщин с детьми были освобождены от оков. Возвращаясь на родину, путники остановились на правом берегу устья реки Свияги. Место это святой Макарий выбрал не только для трехдневного отдыха, но и для устройства на нём монастыря. Оно находится на возвышенности, с трех сторон защищено от ветров горой, как бы высоким земляным валом. Источники родниковой воды в изобилии орошают землю, освященную молитвою преподобного отца. Но казанский хан запретил оставаться им на его территории, и странникам пришлось искать другого пристанища. Наконец они, достигнув пределов Галичской земли, остановились в городе Унже. Местные жители с радостью приняли преподобного Макария, почитанием и заботой окружили его. Но ищущий прежде всего Царства Божия великий подвижник удалился из города. В 15 верстах от него на возвышенном пустынном месте, на правом берегу реки Унжи святой Макарий устроил себе келью. Так был создан новый Желтоводский Макарьево-Унженский монастырь. И опять к любвеобильному отцу потянулись жаждущие монашеской жизни. В скором времени была устроена обитель, но недолго иноки могли наслаждаться богомудрыми речами и жизнью святого старца. На 95-м году жизни 25 июля 1444 года преподобный Макарий отошёл ко Господу. Умирая, святой заповедал духовным чадам «в память избавления своего от рабства агарянского» устроить монастырь на берегу устья реки Свияги, на том месте, которое он сам выбрал и освятил молитвой. Но иноки не могли в то же время исполнить это завещание.
В монастыре обучался православию восемь лет Никон, пробыв в нём послушником до 1624 года. Старообрядцы верят, что по дороге на Унжу им был основан один из Керженецких скитов, Оленевский, который в XVII веке ушёл в раскол.
Возобновил обитель на старом месте строитель муромлянин Авраамий в 1620 году. Авраамий отыскал заброшенное место, поселился здесь и вновь собрал монастырскую братию. С этого момента начался бурный расцвет Желтоводского монастыря. Строитель Авраамий умер в 1640 году. После его смерти было написано Сказание об обновлении Желтоводского монастыря. Помещается в рукописях вслед за пространной редакцией Жития Макария Желтоводского. Над могилой Авраамия сейчас сооружён киворий-ротонда. Удобное положение монастыря посредине судоходной Волги и старание игуменов повлияли на складывание ярмарки на землях, принадлежащих монастырю. Названная по имени монастыря Макарьевской, ярмарка была крупнейшей в России и, вероятно, в Европе. Именно с торговых сборов монастырь был отстроен, возведены каменные постройки. После церковного раскола одним из оплотов старообрядчества стала река Керженец, практически в устье которой и стоит Макарьевский монастырь. Во многом по политическим причинам в 1817 году Макарьевская ярмарка была перенесена в Нижний Новгород, доходы монастыря оскудели, монастырь признан заштатным, в нём произошёл крупный пожар, и вскоре монастырь был упразднён, уцелевшие иконы унаследовал Собор Александра Невского. Снова восстановлена обитель была в 1883 году, но уже как женская. К 1917 году в монастыре насчитывалось около 300 сестер. В годы советской власти монастырь был ликвидирован. В 1928—1929 годах в его стенах был размещён детский дом, в годы Великой Отечественной войны, эвакогоспиталь, в 1943 году монастырь был причислен к Лысковскому зооветеринарному техникуму, в храмах держали скот и хранили корма.
С 1991 года здания монастыря переданы Нижегородской Епархии. В этом же году по решению Священного Синода был снова открыт Макарьевский Желтоводский женский монастырь. В обители проживало около 25 монахинь.
В 2005 году в Успенском соборе архиепископом Георгием совершён чин Великого освящения Престола в честь великомученицы Екатерины.
7 августа 2007 года Честная глава преподобного Макария перенесена в Макарьевский монастырь из Печерского Вознесенского монастыря, архиепископ Георгий освятил Троицкий собор.
