Расположен в лесном урочище «Холодный Яр» на месте скифского мотронинского городища (теперь село Мельники Чигиринского района).
      Мотронинский монастырь основан еще до монгольского нашествия. Тогда здесь стояла крепость Мирослава - любимого воеводы Ярослава Мудрого. Возвращаясь 1036 после разгрома печенегов, Мирослав решил проверить охрану крепости и выставил свои лодки в боевом порядке. Решив, что лодки враждебные, жена воеводы - Матрена, приказала атаковать их и убила Мирослава. Узнав о страшной ошибке, Матрена приняла монашество и основала здесь монастырь, который стал называться Мотронинский.
Задолго до возникновения самой обители на месте современного монастыря поселились отшельники и жили в пещерах. Это место действительно соответствовало потребностям души для ищущих уединения и познания Бога. Вокруг безграничные леса, глубокие овраги и многочисленные чистые источники. Природа и растительность тогда были чрезвычайно богаты и в то время неприступные благодаря многим холмам и оврагам. Эта территория носит название Холодный Яр, потому что даже в самую жаркую погоду благодаря природным особенностям здесь чувствуется свежесть и прохлада.
Первое письменное упоминание о монастыре вызывает большие сомнения. Под 1198 годом в Симеонивской летописи упоминается переяславский епископ Павел. По преданию, 1085 именно он заложил в Мотронинском монастыре церковь Иоанна Предтечи.
Затем церковные хроники упоминают, чтов 1240 году орды монголо-татары под руководством Батыя полностью сжигают и уничтожают монастырь. Долгие годы он пустовал. Потом здесь вновь появляются монахи, «жили без церквей в пещерах и кельях пустынных». Впоследствии монастырь вновь возродился.
В 1568 году «монахи начали восстанавливать разграбленное святилище под благословением православного митрополита киевского Ионы Протасович. В это время Мотронинский лес, в котором находился и монастырь, был во владениях Черкасского замка (староства), который держал «на Тясмени ... стражу польную», а его бояре пользовались этими богатыми угодьями: добывали мед, били птицу и зверя, ставили на многочисленных реках мельницы, ловили рыбу, пахали землю «на поле, где хотят». Поэтому во время такой оживленной деятельности перестраивается, возобновляется и монастырь. Кроме того, после Люблинской унии 1569 года перед православными Украинская встала новая задача - отстаивать свою веру от чужеземных посягательств, а Мотронинский монастырь как раз всегда и был центром Православия, и поэтому во время, когда родной вере угрожала опасность, его роль особенно возрастала.
      С этих времен в течение двух веков монастырь был под патронатом украинского казачества. Есть свидетельства о достаточно большом количестве гетманских универсалов, что дарили Мотронинскому монастырю земельные и лесные угодья, сенокосы и пасеки, ставки и мельницы. Церковь особенно выделяет из гетманов украинского казачества Петра Конашевича Сагайдачного, который «не замедлил принять эту давнюю пустынную обитель под свое покровительство». Известны его универсалы 1620-1621 годов, в которых указываются пределы монастырских землевладений.
Во времена Руины, когда многочисленные гетманы начали бросаться то в объятия Москвы, то Варшавы, то Стамбула, Мотронинский монастырь переживает трудные времена. При турецких походах на Чигирин в 1672 и особенно в 1677-1678 годах монастырь был разрушен.
Но уже в 1685 монастырь встает из пепла, он получает благословение киевского митрополита Гедеона на часовню и церковь в своих вечных пещерах.
В 1717 году, по просьбе переяславского епископа Кирилла Шумлянского Чигиринский староста, князь Ян Каэтан Яблуновский, помогает восстанавливать разрушенную обитель: он освобождает монастырь от налогов и подтверждает его право на многочисленные землевладения.
21 июня 1727 была освящена новопостроенная Троицкая церковь.
В середине XVIII века монастырь стал одним из центров борьбы против церковной унии. С монастырем связано начало гайдамаков, возглавленного М. Железняком, вошедшее в историю под названием «Колиивщина». 26 мая 1768 года 70 запорожцев и 3000 польских подданных вошли в Мотронинский монастырь на молебен. 27 мая гайдамаки начали поход против поляков Правобережной Украины. Огонь восстания быстро охватил огромный район.
Конец XVII - первая половина XVIII века - период упадка Мотронинского монастыря. Монашеская жизнь в те времена замирает.
После 1795 Мотронинский монастырь перешел в ведение Киевской епархии.
В 1845 году в Мотронинском монастыре побывал Т. Г. Шевченко и оставил акварельное изображение монастыря.
В 1847 году в Мотронинском монастыре находилось 45 монахов и послушников. Дела его шли хорошо. Одним из значительных источников дохода монастыря была «черная археология». В Холодном Яру находится большое количество скифских городищ и курганов. Монастырь скупал у частных копателей золото, которое те добывали в огромном количестве. Счет том золоту шел в сотнях пудов.
В 1889-1900 годах была реконструирована Троицкая церковь. Кроме главной макушки, были достроены четыре декоративные «головки».
В 1911 году монастырь становится женским.
После революций 1917 года и гражданской войны, наступает тяжелый период в истории Мотронинского монастыря. Он страдает от многочисленных набегов как обычных бандитов, так и отрядов красноармейцев.
В 1918-1922 гг. Мотронинский монастырь стал центром украинского повстанческого движения, который возглавили атаманы братья Чучупаки. После революции в селе Мельники жителями был создан отряд самообороны Мотронинского монастыря, поскольку игуменья боялась разграбления. В состав отряда входили 22 человека.
      В 1922 году монастырь жертвует почти миллион рублей на помощь пострадавшим от голода, но такая благотворительность не спасла Мотронинский монастырь. В 1923 году он был закрыт.
Монастырское имущество и здания брали на баланс местные советы, а затем передавали религиозным общинам, если такие на местах создавались. Монахини Мотронинской обители в 1923 году создали религиозную общину в селе Мельники и получили в арендное владение Иоанно-Златоустовскую и Троицкую церкви и некоторые помещения бывшего Мотронинского монастыря. Надзор за обществом, имуществом и зданиями осуществлял административный отдел Медведевского райисполкома.
В декабре 1928 года в Мельники было создано коммуну «Завещание Ленина». Уже через месяц после ее образования в ее пользу были переданы земли и имущество Мотронинского монастыря. 3 марта 1929 семьи коммунаров (всего 55 человек) поселились в домах монастырских служителей. Кроме того, одна часть монастырского сада казалась артели инвалидов, другая - использовалась для государственного виноградного питомника.
Во время Второй мировой войны немцами была разрушена деревянная церковь Иоанна Златоуста. Она была расстреляна фашистскими танками вместе с людьми, которые там молились в 1943 году.
После войны то, что осталось от монастыря, продолжало разрушаться. За последующие годы все монастырский парк и сад с многовековыми деревьями ореха грецкого, каштана и других ценных древесных пород по распоряжению бывшего председателя колхоза села Мельники (земли вокруг монастыря принадлежат этому хозяйству) - уничтожены. С целью увеличения полеводческих угодий срубили и раскорчевали не только плодовые и ореховые сады и каштановые аллеи, но и довели все до страшного запустения. Тогда же разрушили остатки монастырских сооружений, распахали некоторые скифские курганы и казацкие могилы, уничтожили надгробные плиты и памятники.
В 1968 году была разработана проектная документация на реставрацию Троицкой церкви. Образец ее внешнего вида был взят рисунок Т.Шевченко «Мотронин монастырь» 1845. Планировалось, что после реставрации в ней будет устроен музей Колиивщины.
Но реставрация до конца так и не была доказана. В 1973 году была сделана еще одна попытка реставрации (для создания в ее стенах музея партизанской славы, флоры и фауны Холодного Яра), но эта попытка также ничего не дала. Церковь продолжала стоять пустым.
В 1991 году Мотронинский монастырь был возвращен церкви. Силами религиозной общины и монахинь этот древний монастырь был отреставрирован и сейчас возвращает себе славу одной из самых значимых святынь Правобережной Украины.
Сейчас в окрестностях монастыря можно натолкнуться на многочисленные пещеры. Некоторые из них вырыты совсем недавно, некоторые века назад, некоторые - еще раньше. Существует также легенда, что первые монастырские пещеры рыл тот же Антоний, что копал первые пещерные монастыри в Киеве и Чернигове. По другой версии первые пещеры копал преподобный Феодосий. Версий много, но достоверных подтверждений они не имеют.