Троицкий женский монастырь был основан в 1689 году в усадебном доме Петра Иванова - местного священника, который пожертвовал свой особняк 27 монахиням во главе с Федосьей и Таисией. Спустя год сёстры попросили разрешения у царствующих в то время Петра и Ивана основать в Пензе женский монастырь. В 1693 году они получили разрешение и освятили первую деревянную церквушку по имя Пресвятой Богородицы Смоленской, известной как Одигитрия, икона которой, вероятно, находилась в одной из монастырских келий. Первой настоятельницей новоиспечённого пензенского монастыря стала игуменья Анисья.
Троицкий женский монастырь в Пензе примерно в 1700-1702 годах приобрел Троицкий собор - деревянный храм, построенный из останков другого местного собора и освященный во честь иконы Божией Матери Смоленской. Спустя еще несколько лет православный комплекс обрёл очередную деревянную церквушку во имя Александра Свирского. Современные храмы из камня появились в 1747 году - перестроили Троицкую церковь и храм во имя Александра Свирского, на территории монастырского комплекса появилась каменная трапезная, несколько молитвенных больших и малых келий и одна больничная.
Троицкий женский монастырь в Пензе претерпел страшный пожар 1770 года, и его восстановление началось спустя почти десяток лет. В 1782 году в композицию монастырского комплекса добавили колокольню, к 1810 году пристроили несколько приделов Троицкого собора - иконы Божией Матери "Всех скорбящих радость" и южный придел Иоанна Богослова. Следующие изменения постигли Троицкий женский монастырь Пензы в 1853-1864 годах с возведения еще одной церкви - Духосошественской, автором проекта которой выступил К.И. Игнатьев. Церковь имеет два придела - один из них посвящен Смоленской иконе Божией Матери, второй - Покрову Пресвятой Богородицы.
Главный собор монастырского комплекса Пензы - Троицкий, который сегодня возвышается над городом, был построен в 1900-1911 годах. Величественный собор классического русского стиля стал воплощение проекта А. Г. Старжицкого и сегодня служит главным украшением исторической части Пензы. Помимо хозяйственных построек на территории православной обители располагался и некрополь, где были упокоены известный архитектор Семечкин и декабрист Горсткин. Почти десять лет при монастыре работала Школа для девушек, однако она больше напоминала приют для одиноких девиц, К 1860 году открылась больница для монахинь, позднее - несколько швейных мастерских. В 1918 году произошло упразднение Троицкого женского монастыря Пензы, однако действовал он до 1927. Отдельно работали его храмы, в стенах которых затем открылись общежития и мастерские, кулинарное училище, клуб. К 1977 году бывший монастырский комплекс потерял колокольню и практически все не хозяйственные сооружения.
Весной 1993 года возобновились молитвенные богослужения, годом раньше Троицкая церковь была возвращена епархии. В 1996 году начались работы по восстановлению обители - церковь вновь обрела купол, затем появилась монастырская ограда. В 1999 году обитель обзавелась напрестольным крестом, в этом же году и далее были освящены приделы Духосошественского храма, главного престола. Масштабные восстановительные работы начались в 2010 году, в это же время протоиереем Сергеем были освящены храмовые кресты и купола, которые вскоре появились на верхушках монастырских церквей. Осенью 2010 года к Троицкому женского монастырю Перми была присоединена Казанская церковь в Ахматовке.
