Впервые упомянут в 1419 году, когда обитель была сожжена норвежцами. В 1620 году монастырь пострадал от пожара. Следующие полвека монастырь пребывал в запустении.

В 1471 году в Белом море утонули при невыясненных обстоятельствах Антон и Феликс Борецкие — сыновья Марфы Посадницы. Они были похоронены в Николо-Корельском монастыре, а Марфа повелела заново отстроить монастырь с церковью Святого Николая и дала ему в собственность часть своих владений — луга, солеварни, рыбные промыслы.

Долгое время Николо-Корельский монастырь служил чем-то вроде морских ворот страны: один из возможных путей русских послов в Европу пролегал по Северной Двине и далее морским путём вокруг Кольского полуострова (например, этим путём шёл царский посол Григорий Истома в 1496 году: после Тронхейма в Данию по суше); последней остановкой на русской земле был именно Николо-Корельский монастырь. В Николо-Корельском монастыре останавливались и западные путешественники. Так, например, в 1553 году экспедиция Хуго Уиллоуби и Ричарда Ченслера (её целью было открытие северного пути в Индию) обогнула Кольский полуостров, вошла в Белое море и бросила якорь к западу от Николо-Корельского монастыря напротив селения Нёнокса, где они установили, что эта местность является не Индией, а Московией; следующая стоянка экспедиции была как раз около стен монастыря. Вскоре после этой экспедиции в Лондоне была основана «Московская компания», получившая впоследствии монопольные торговые права от царя Ивана. В 1555 года напротив монастыря, на острове Ягры, была оборудована якорная стоянка, получившая имя «Рейд Св. Николая», — со складами и жилыми домами; её обитатели разгружали морские суда, грузили товар на мелкие речные, которые везли его в Холмогоры, а оттуда уже вглубь России. Отсюда уходили экспедиции: в направлении Карского моря (Стифен Бэрроу, 1556), на запад в поисках пути в Новгород (Спарк, 1556), в Индию по Северной Двине и Волге (Дженкинсон, 1558). В 1584 году был основан город Новохолмогоры, известный с 1613 года под именем Архангельск, ставший главным морским портом русского севера; Николо-Корельский монастырь теряет своё прежнее торговое значение.

Со второй половины XVII века в монастыре началось каменное строительство. В 1664—1667 годах была возведена Успенская церковь, в 1670—1674 годах собор Св. Николая, в 1700 году была построена колокольня. Обитель имела свой кирпичный заводик. В 1691—1692 годах монастырь был окружена семью деревянными башнями, из которых сохранилась только одна, западная, со Святыми воротами — сейчас она находится в Москве, на территории музея Коломенское.

Именно в извозе Николо-Корельского монастыря в 1831 отправился учиться в Москву Михайло Ломоносов.

Первостроители города Северодвинска в 1930-е годы возвели вокруг монастыря корпуса Севмашпредприятия, которое специализируется на строительстве и ремонте атомных подводных лодок. Деревянная стена XVII века была большей частью снесена (кроме небольшого участка с одной башней, перевезённых в Коломенское). Постройки Николо-Корельского монастыря сейчас не только находятся на территории Севмашпредприятия, но и интегрированы в его структуры: в бывших церквях располагаются некоторые подразделения огромного завода. Несмотря на то, что часть монастырских зданий в 1990-е годы переданы церкви, православные верующие лишены возможности свободно посещать монастырь, так как предприятие режимное.