Монастырь расположен на берегу Михайловского озера, в которое впадает река Сия, в 160 км от Архангельска и в 90 км от Холмогор. Эту древнюю обитель называют также Малыми Соловками из-за сходства в очертаниях со знаменитой Соловецкой крепостью. По преданию, полуостров, на котором стоит монастырь, изначально был предназначен Богом для иноческого жития: здешние звероловы неоднократно слышали в этих местах звон колоколов и монашеское пение. Один из охотившихся крестьян и привёл сюда в 1520 г. преподобного Антония, Сийского чудотворца († 1556 г.) и его учеников. Тогда с позволения великого Московского князя Василия III был основан Антониево-Сийский монастырь.

Обитель подвергалась многим напастям, но благодаря помощи московских царей и неутомимым трудам настоятелей быстро восстанавливалась. В 1579 г. был канонизирован основатель монастыря преподобный Антоний Сийский. Монастырем управлял архимандрит.

В Свято-Троицкой Антониево-Сийской обители было возведено 6 храмов. Главный собор освящен во имя Пресвятой Троицы с приделом преподобного Антония, в котором под спудом покоились мощи этого святого. Второй храм - в честь Благовещения с приделом во имя святителя Николая Чудотворца и с братской трапезой. Третья церковь была сооружена под колокольней и освящена в честь трех московских святителей - Петра, Алексия и Ионы. Надвратный монастырский храм был освящён в честь преподобного Сергия Радонежского. Другие 2 церкви были возведены за пределами обители: Успенская на кладбище и Крестовоздвиженская возле озера Угловатого. На острове посреди озера Дудницы, где подвизался в безмолвии основатель обители, была построена Духосошественская церковь. В монастыре совершались крестные ходы. Была открыта гостиница для богомольцев.

После революции Антониево-Сийский монастырь был закрыт и затем разграблен.

В 1992 г. обитель была возвращена Русской Православной Церкви. В монастыре ведутся восстановительные работы. Иеромонахами совершаются молебны в окрестных селах, окормляются соседние приходы, ведется активная миссионерская работа. Монастырь принимает паломников. Открыта библиотека духовной литературы. С 1995 г. действует иконописная мастерская. С марта 2000 г. выходит (1-2 раза в месяц) газета «Духовный сеятель».