Возник на месте деревянной церкви Благовещения Пресвятой Богородицы, сооружение которой церковное предание приписывает святому благоверному князю Константину (Ярославу) Святославичу — младшему сыну черниговского князя Святослава Ярославича, внуку великого киевского князя Ярослава Мудрого (по мнению некоторых источников, мог быть внуком Ярослава Святославича Рязанского. В храме находилась Муромская икона Богоматери греческого письма, привезённая князем из Византии. Известно, что в этом храме молился святой епископ Василий.
В 1547 году на основе местного почитания была совершено общецерковное прославление благоверного князя Константина и чад его Михаила и Феодора.
Монастырь основан в 1553 году Иваном Грозным, посетившим Муром в 1552 году во время похода на Казань.
С 1555 года в Благовещенском соборе открыто почивали мощи князя Константина.
В 1616 году монастырь был разрушен и разграблен поляками. На протяжении XVII века обитель постепенно возрождалась из руин.
Муромский купец Тарасий Борисович Цветнов вновь отстроил в 1664 году Благовещенский собор и установил на колокольне часы. В 1791 году на территории монастыря было открыто Муромское духовное училище. В 1792 году обитель пережила пожар, однако каменные строения и главные святыни уцелели. В связи с пожаром Муромское духовное училище было переведено в дом смотрителя, а в 1800 году закрыто.
Во время Отечественной войны 1812 года в монастыре хранились иконы Иверской и Владимирской Богоматери.
В 1866 году монастырю был усвоен второй класс. В 1867—1882 годах им управляли епископы Муромские, викарии Владимирской епархии.
Монастырь был закрыт в 1919 году, но братия, поселившись в городе, продолжала служить в соборе.
22 мая 1923 года произошло вскрытие мощей святых благоверных князей Константина, Михаила и Феодора, после чего они были перевезены в музей, где находились до января 1989 года.
В 1940 году собор был закрыт, но возобновлён два года спустя как приходской храм.
В 1946 году здесь служил иеромонах Пимен (Извеков), впоследствии Патриарх Московский.