Спершу всі споруди були дерев'яними. У 1689 р. коштом гетьмана І. Самойловича почалося спорудження мурованого Хрестовоздвиженського собору.

У 1695 р. Полтавський Xрестовоздвиженський монастир спустошений Кримськими татарами. У 1709 р. під час облоги Полтави, захоплений шведами, які встановили на горі артилерію і звідти обстрілювали місто.

У 1750 р. на південь від собору споруджено одноверху муровану трапезну Троїцьку церкву (перебудована у 1864 р., не збереглася). У 1786 р. зведено муровану чотириярусну дзвіницю висотою 47 м у стильових формах пізнього барокко. 1-й ярус - четверик із заокругленими кутами, арка проїзду фланкована двоспареними колонами римо-доричного ордера, стіни рустовано, 2-й і 3-й яруси - циліндричні з великими арочними прорізами, фланкованими колонами відповідно іонічного і коринфського ордерів, 4-й циліндричний ярус з годинником (не зберігся) перекритий параболічним куполом з глухим ліхтариком. На дзвіниці було 10 дзвонів, найбільший - вагою 400 пудів відлитий у 1797 р.

У середині 18 ст. споруджено будинок ігумена. 1787 з нагоди приїзду Катерини II до нього добудовано так звану "Катерининську залу", її інтер'єр прикрашав живопис на релігійну та історичну тематику (у 1854 р. був реконструйований, не зберігся).

У 19 ст. збудовано мурований корпус з лікарнею, за огорожею - "странноприимный дом".

У 1887 р. на кошти купця І. Котельникова зведено однобанну трапезну церкву Симеона Богоприїмця.

У 1775-1798 монастир став місцем перебування архієпископів Слов'янських і Херсонських (згодом Катеринославських). Першим з них сюди переїхав відомий церковний діяч, вчений і педагог Є. Булгарис (1716-1806), за якого було засновано школу для півчих, перетворену у 1778 р. у Полтавську семінарію.

У 1779-1786 рр. архієпископом Слов'янським і Херсонським та ігуменом Полтавського Xрестоздвиженського монастиря був Н. Феотокі (1731- 1800). У 1786-1792 рр. цю посаду обіймав А. Серебренников, у 1793-1798 рр. - Г. Банулеско (колишній митрополит молдо-влахійський).

До 1762 р. у монастирі працював майстер-іконописець Самуїл, призначений згодом "малярським начальником" Софійського монастиря у Києві. Зберігся ряд його творів, зокрема відомий "Портрет Дмитрія Долгорукого" (1769).

Унікальну цінність становили євангелія та богослужебні книги кінця 16-18 ст. монастирської бібліотеки. Дуже багатою була ризниця монастиря, де зберігалися численні коштовні церковні речі.

З 1803 р. монастир управлявся архімандритами, з 1847 р. тут знаходилася єпископська кафедра, з 1884 р. - резиденція Полтавських вікаріїв. У 1818-1876 рр. діяло чоловіче духовне училище. До монастиря була приписана Сампсоніївська церква.

У 20-х рр. 20 ст. у спорудах Полтавського Xрестовоздвиженського монастиря розміщено селищний клуб, архівосховище Полтавського державного архіву. У 1942 р. відновлений як жіночий монастир. У 1960 р. закритий, 90 чорниць переведено до Лебединського монастиря. У приміщеннях перебували відділення Полтавської психіатричної лікарні, Полтавська медтехніка, майстерня по ремонту автомашин, склади та ін.

У 1990 р. споруди передано УПЦ і одержано дозвіл Святого Синоду на відкриття Полтавської Хрестоздвиженської жіночої обителі. Розташований на вул. Свердлова № 2г.

На цвинтарі монастиря поховано ряд відомих діячів культури, зокрема, Волкова В. О., Герцик О. О., Горобця П. М., Давидовського Г. М.