Основан в 1604 году иноком Ионою Пошехонцем по велению царя Бориса Годунова, давшего грамоту Неудаче Остафьеву Плещееву и голове на Верхотурье Матвею Хлопову, в которой предписывалось снабдить монастырь всем необходимым для церковного служения и содержаний монастыря.

До революции на территории Николаевского монастыря было пять храмов.

Древний, деревянный, храм во имя святителя Николая устроенный еще Ионою Пошехонцем. В 1712 году этот храм перестроен в каменне, освящен в 1738 году (разрушен).

Преображенская церковь, каменная, трехпрестольная заложена 28 августа 1821 году. Главный храм в честь Преображения Господня, освящен 30 августа 1834 года. Правый придел в честь Благовещения Пресвятой Богородицы и левый придел во имя архангела Михаила, освящены 25 июля 1837 года. Закрыта в 1920-е годы Возвращена в 1990 году. Правый придел освящен 20 марта, а левый - 22 марта 1992 года. Главный храм освящен 5 сентября 1992 года. В 1998 году восстановлена колокольня.

Надвратный храм, над монастырскими вратами, с освящением в честь Симеона Богоприимца и Анны Пророчицы. Заложен в 1855 году и освящен в 1856 году. Церковь закрыта в 1920-е годах. Возвращена в 1990 году, освящена 18 октября 1990 года.

На монастырском кладбище небольшой храм святого Неофита 1869 года (разрушен).

В 1905 году состоялась закладка Крестовоздвиженского собора, одного из самых грандиозных в России. Главный престол освящен 11 сентября 1913 году, приурочено было к 300-летию Дома Романовых. В него перенесли серебряную раку с мощами праведного Симеона, поставив под вызолоченную сень, подаренную монастырю в 1914 году царской семьей. Левый придел во имя праведного Симеона Верхотурского, освящен 27 мая 1914 года. Правый придел в честь Успения Пресвятой Богородицы, освящен 10 сентября 1916 года. В 1922 году изъято 3 пуда 10 фунтов 53 золотника серебра (55 кг.), а также серебренная рака от мощей весом 10 пудов 7 фунтов 36 золотников ( 166,7 кг.). С 1925 года, после закрытия монастыря, приходской, обновленческой ориентации. В 1929 году из собора изъяты мощи праведного Симеона Верхотурского. Закрыт храм в 1929 году Возвращен в 1990 году. Главный престол освящен 19 августа 1999 года.

В монастыре почивают мощи святого праведного Симеона, Верхотурского чудотворца, перенесенные 12 сентября 1704 года из села Меркушино, в 56 верстах от Верхотурья, где жил и скончался в 1642 году прав. Симеон и где в 1692 году были явлены его мощи.

При монастыре существовали церковно-приходская 2-классная школа, богадельня, больница на 10-15 мест.

В 1929 году монастырь закрыли. В советские годы на территории монастыря располагались тюрьма и исправительно-трудовая колония для подростков.

Возвращён церкви в 1990 году. В монастыре создан церковно-православный музей, имеется библиотека более чем на 3 тысячи томов.