По преданию, ростовский архиепископ Ефрем основал монастырь в 1427 году на земле, которая в 14 веке принадлежала Кириллу и Марии, родителям преподобного Сергия Радонежского.
Троице-Сергиев Варницкий монастырь впервые упоминают в 1614 году.
Исследователь ростовских церковных древностей Титов писал, что монастырь назвали в подражание Троицкой обители, которую основал Сергий Радонежский. А название «Варницкий» произошло от соляных варниц в этом месте.
Монастырь был бедным и долгое время не мог позволить каменного здания. Троицкий собор построили в 1763–1771 годах на деньги ростовского епископа Афанасия Вольского. Зимнюю Введенскую церковь возвели в 1826–1828 годы на деньги ростовских купцов.
В 1919 году монастырь закрыли, затем уничтожили Троицкий собор, ограду, жилые и хозяйственные строения, по территории проложили автомобильную дорогу. Сохранились несколько келейных корпусов и перестроенная Введенская церковь, в которой разместили инкубатор птицесовхоза.
В 1995–2014 годах построили соборы Сергия Радонежского и Троицкий, над Святыми вратами возвели храм преподобных Кирилла и Марии, отреставрировали Введенскую церковь, соорудили жилые, служебные и административные корпуса. В монастыре открыли православную гимназию и пансион для учеников 10–11 классов.