Точное время основания монастыря неизвестно. Старый Вознесенский монастырь располагалось на Полонище, в южной его части, вблизи внешней стены псковских укреплений на участке между Сокольими и Великими воротами, ближе к последним. Примечательно, что уже в первом упоминании присутствует название «Старое», что говорит о несомненной древности монастыря. В момент возникновения, а также в течение XIV века и части XV века монастырь располагался вне города и посада. С постройкой деревянной стены вокруг Полонища в 1465 году монастырь вошел в городскую территорию.

Во второй половине XV века Старое Вознесение было традиционным местом встречи владык и князей при вступлении их в город. Обычно посадники и бояре выезжали навстречу знатному гостю к Пантелеймоновскому дальнему монастырю, а священноиноки, священники и дьяконы встречали его с крестами у Старого Вознесения. По предположению В. Зверинского именно поэтому в некоторых источниках монастырь назывался Сретенским.

По сообщению А. Бологова монастырь некоторое время был мужским, но точных хронологических данных об этом не сохранилось.

Главная святыня монастыря – Вознесенский собор – был построен в камне в 1530-х г.г. на месте предшествовавшего ему собора 1467 года. Собор представляет собой типичный памятник псковской архитектуры XVI столетия. Основные реставрационные работы на памятнике были произведены в XX веке, когда ему было возвращен первоначальный внешний облик.

В 1744 году у монастыря было 310 душ крестьянских.

По Духовным Штатам 1764 года монастырь был положен во 2-ой класс.

В 1787 году на колокольню монастыря поступило несколько колоколов из упраздненных церквей Пскова – Похвалы Богородицы на Романихе (2 подзвонка по 3 пуда) и Зачатьевской от Торга (2 подзвонка 7 и 6 пудов). Неизвестно, оказались ли они в числе 6 ветхих колоколов из которых в 1827 году был отлит один большой колокол.

Настоящее возрождение монастыря началось в XIX веке. В 1805 году одной из сестер монастыря, графиней Прасковьей Александровной Апраксиной, на свои средства были построены новые кельи. В 1808 году стараниями игуменьи Феодосии были возведены новые деревянные кельи и новая ограда из частокола (взамен первой ограды, построенной только в 1766 году). В 1814 году при игуменьи Агнии I были проведены ремонтные работы в Вознесенском соборе.

Самой известной настоятельницей Старого Вознесенского монастыря в XIX веке была игуменья Агния II.

Реставрационные и строительные работы, устроенные в монастыре при игуменье Агнии II поражают своим размахом. В 1833 году был возведен храм Рождества Богородицы (освящен 9 мая 1833 года Псковским преосвященным Мефодием). В 1848 году построен храм Пресвятой Богородицы Тихвинской (освящен 19 января 1849 года). В 1836 – 1839 годах на пожертвования вкладчиков была построена каменная ограда (на строительство ограды был употреблен плитняк разобранной церкви Иоанна Златоуста упраздненного Медведева монастыря). В 1838 году по правую сторону от Святых ворот построена каменная часовня. В 1835, 1846 и 1857 годах были построены кельи: деревянные на каменном фундаменте с пекарней; каменные двухэтажные; деревянные одноэтажные. В 1843 году в Вознесенском соборе был устроен новый иконостас (старый иконостас, в который в 1805 году попала молния был перенесен в притвор собора). В 1854 году была построена новая колокольня. В монастыре были устроены фруктовые сады.

Игуменьей Агнией II была возобновлена одна из замечательных руин Пскова – древний храм святых Иоакима и Анны.

Заслуги игуменьи Агнии II были по достоинству оценены Святейшим Синодом. Она получила несколько благодарственных грамот, а в 1853 году ей был пожалован наперсный крест. Игуменья Агния II скончалась 20 июня 1860 года и была погребена в притворе древнейшего храма обители – Вознесенского собора.

В начале XX века в монастыре было 36 монахинь, 87 послушниц. Монастырю принадлежали 74 десятины земли.

После революции монастырь был упразднен и разорен. В настоящее время древний собор Вознесения – действующая приходская церковь. От монастырского ансамбля также сохранились: церковь Рождества Богородицы, нижний ярус колокольни, дом настоятельницы и Сестринский корпус. Сохранившиеся монастырские постройки занимают жилые дома и Псковский планетарий. Указом Президента РФ № 176 от 20 февраля 1995 года Старовознесенскому монастырю был придан статус памятника федерального значения.