В 1734 году императрица Анна Иоанновна передала земли в 19 верстах от Петербурга на берегу Финского залива своему духовнику, настоятелю Троице-Сергиевой лавры архимандриту Варлааму (Василию Высоцкому). Ранее на этих землях была мыза («Приморская дача») старшей сестры Анны Иоанновны, дочери царицы Прасковьи — Екатерины, герцогини Мекленбург-Шверинской.

    12 мая 1735 архим. Варлаам освятил во имя прп. Сергия первую церковь в пустыни, подарив ей серебряные сосуды. Она была деревянной и привезена из усадьбы царицы Параскевы Феодоровны на Фонтанке, где именовалась Успенской.

     По проекту П.А.Трезини келии в 1756-1760 были выстроены из кирпича, а к 1764 на углах стен появились башни. В том же году монастырь, где жило около 20 монахов, отделился от Троице-Сергиевой лавры и стал управляться собственным архимандритом.

     Расцвет пустыни начался в 1834 году, когда ее наместником был назначен архим. Игнатий (Брянчанинов), автор знаменитых "Аскетических опытов".

Он строил новые корпуса, поправлял церкви, ввел соответствующие монашескому образу жизни порядки, ежедневную исповедь, благообразную службу, монахи получили приличную одежду, - чинно шли трапеза и келейная жизнь... В кельях появилось много святоотеческих книг. Монастырским хором при нем руководил известный духовный композитор прот. П.И.Турчанинов, который в 1836-1841 был священником в соседней Стрельне.

    Дело своего наставника продолжал в 1857-1897 архим. Игнатий (Малышев), который, будучи художественно одаренным человеком, украсил пустынь прекрасными постройками и довел ее духовное состояние до очень высокого уровня. Большой известностью пользовался в то время в столице духовник братии иером. Герасим, выпускник столичного университета, скончавшийся в 1897 году.

     Перед революцией в обители, обладавшей капиталом в 350 тыс. руб., было семь храмов и жило около 100 человек братии, из которых по давней традиции выбирались судовые священники для русского военного флота. Пустынь содержала странноприимный дом, детский приют, женскую богадельню, небольшую школу и больницу.

     На монастырском кладбище были погребены умершие из знатных и родовитых семей (принцев Ольденбургских, Апраксиных, Мятлевых, Нарышкиных, Чичериных, Строгановых, Дурасовых), дочери и внуки Суворова и Кутузова, канцлер Горчаков, поэт Мятлев, архитекторы Штакеншнейдер и Горностаев. В 1964 году, когда в монастыре расположилась специальная средняя школа милиции, кладбище было полностью уничтожено.

     В 1886 г. петербургский купец Карл Цоппи получил разрешение провести от станции Сергиево (Володарская) до Троице-Сергиевой пустыни конно-железную дорогу.

     В 1919 г. монастырь был закрыт, но богослужения в пустыни продолжались еще более десяти лет. Часть братии осталась жить среди воспитанников детской трудовой колонии - коммуны "Труд". Там была школа-семилетка. К1925 г. в ней обучалось 265 детей. В 1930-е годы колонию сменила школа переподготовки начсостава им. Куйбышева. В годы войны монастырские строения сильно пострадали. В 1964 здесь располагалась Петербургская специальная школа милиции.

     В 1973 году архитектурный комплекс монастыря поставлен под государственную охрану, а в 1993 году принято решение о его поэтапной передаче епархии.

     4 декабря 1993 года, в праздник Введения, в переданном верующим храме состоялась первая служба.