Николо-Пешношский монастырь был основан в 1361 году преподобным Мефодием — учеником преподобного Сергия Радонежского. Инок Мефодий, искавший уединенного жития, поначалу поселился в келье за рекой Яхромой, за версту от нынешней монастырской ограды. Со временем святость жизни отшельника получила известность, и к нему стали стекаться люди, жаждущие монашеского подвига. Когда же братия решили построить церковь, сам преподобный Сергий подсказал своему ученику место для нее — то самое, на котором сегодня стоят монастырские храмы. Первая деревянная церковь здесь была освящена во имя святителя Николая Чудотворца, этому великому святому посвятили и новый монастырь. Преподобный Мефодий пешком носил через речку бревна для строительства, поэтому обитель назвали «Пешношской» («пеш ноша»). Предполагается, что в XV столетии был возведен каменный Никольский собор.
Слава монастыря быстро возрастала, одними из первых крупных жертвователей были удельные князья Дмитровские. Дары обители делали Петр Дмитриевич (сын Дмитрия Донского), Юрий Васильевич (сын Василия II).
В 1553 году монастырь посетил Иван Грозный и пожаловал ей дворцовое село Суходол с 25 деревнями, землями и угодьями. В 1584 году в Николо-Пешношском монастыре случился большой пожар, в результате которого сгорело большинство монастырских строений. В Смутное время, отстроенный монастырь вновь был сожжен. Тогда его, несмотря на ожесточенное сопротивление защитников, взяли поляки.
В царствование Михаила Федоровича монастырь снова восстанавливается. В первой дошедшей до нас описи монастырских зданий, датированной 1623 годом, указывается, что в обители имелись каменные церкви: святителя Николая Чудотворца с приделом святителя Леонтия Ростовского, Сретения Господня с трапезою и с двумя келарскими палатами; колокольня с церковью Богоявления, а также другие каменные и деревянные строения — общим числом пятнадцать.
Не обделил своим вниманием Пешношскую обитель и государь Алексей Михайлович, именовавший монастырь «своим царским богомольем». В 1683—1691 годах изменили облик Никольского храма: его превратили в пятиглавый, укрепили стены железными скобами, сделали дополнительные окна и обновили иконостас. В конце XVII века над Святыми вратами появилась новая церковь Преображения Господня.
В 1700 году монастырь посетил Петр I, передавший Пешношскую обитель в ведение Троице-Сергиева монастыря с целью его оберегать. В 1730—1734 годы над гробом преподобного Мефодия возвели церковь во имя преподобного Сергия Радонежского, построили несколько башен. Но в дальнейшем лишенная самостоятельности Пешношская обитель постепенно приходила в запустение (в 1761 году в монастыре значилось всего 6 монахов). В 1764 году, при проведении секуляризационной реформы, монастырь закрыли.
Но в 1766 году обитель святого Мефодия была восстановлена. Решающую роль в этом сыграло настойчивое ходатайство местного помещика, генерал-майора Михаила Веревкина, а также старания дмитровских купцов Ивана Сычева и Ивана Толченова.
С 1788 года обитель переживает второй расцвет. Именно в это время она во многом приняла облик, который сохранялся до XX века. Благосостояние монастыря в XIX веке позволило ему приобрести подворье в Москве. К началу XX века в обители подвизались около 200 иноков.
ХХ век стал самым трагическим и в истории Пешношского монастыря. После революции 1917 года он еще действовал некоторое время, но власти уже передали тогда ряд зданий филиалу Дмитровского краеведческого музея. В 1928 году и филиал музея, и монастырь были закрыты, ценности вывезены и проданы. Территорию занял Дом инвалидов.
В 1941 году между монастырскими стенами и соседним селом Рогачевым развернулись бои, монастырские здания сильно пострадали при обстрелах.
С 1966 года в помещениях монастыря размещался Психоневрологический интернат. Древний Никольский собор стал служить пищеблоком. В других храмах расположили котельню, цех по изготовлению картона, жилые помещения.