Οι πρώτες πληροφορίες για την ιστορία της μονής της αγίας Θεοδώρας προέρχονται από το Βίο της Οσίας. Όταν η Οσία κατέφυγε εκεί σε ηλικία 25 ετών για να μονάσει (το έτος 837), η μονή ήταν αφιερωμένη στο όνομα του πρωτομάρτυρος Στεφάνου.
Οι χώροι της μονής του αγίου Στεφάνου που μαρτυρούνται ρητὰ και κατ’ επανάληψη στο κείμενο του Βίου είναι το παρεκκλήσιο της Υπεραγίας Θεοτόκου όπου τοποθετήθηκε το λείψανο της οσίας κατὰ τη μετακομιδή του, το κοινοτάφιο των αδελφών της μονής, η τράπεζα, το μαγειρείο, τα κελλιά, ο χώρος υφαντουργίας, ο μύλωνας, η αυλή, το βαλανείο, το φρέαρ και το θυρωρείο.
Το καθολικὸ της μονής πιθανὸν είχε παρόμοια αρχιτεκτονικὴ μορφή μ’ αυτήν της Αγίας Σοφίας, φυσικά σε μικρότερες διαστάσεις.
Μετά τη μετακομιδή του λειψάνου της οσίας Θεοδώρας, τον Αύγουστο του 893, η μονή μετονομάσθηκε σε μονή της αγίας Θεοδώρας. Εξ αρχής λειτουργούσε με το κοινοβιακό σύστημα.
Δε γνωρίζουμε πότε ακριβώς και για ποιους λόγους η μονή της αγίας Θεοδώρας έπαυσε να λειτουργεί μ’ αυτήν την ιδιότητα και λειτουργούσε πλέον ως ενοριακός ναός. Είναι μόνο γνωστό ότι αυτό συνέβη το 18ο αιώνα.
Στην ιερά μονή της Αγίας Θεοδώρας μόνασαν η αδελφή του αρχιεπισκόπου Θεσσαλονίκης αγίου Νείλου Καβάσιλα και η μητέρα τού αγίου Νικολάου Καβάσιλα του Χαμαετού.
Το 1430 με την άλωση της Θεσσαλονίκης, οι Τούρκοι κατατεμάχισαν τὸ άγιο λείψανο της Οσίας.
Ωστόσο η μονή δε δημεύθηκε, ούτε μετατράπηκε σε τζαμί. Μάλιστα κατ’ αυτήν την περίοδο ήταν μία από τις τρεις μονές που λειτουργούσαν στη Θεσσαλονίκη μετά την άλωσή της και αριθμούσε διακόσιες μοναχές. Η μονή ονομαζόταν τουρκικά Kizlar Manastir (Μοναστήρι των Κοριτσιών και βρισκόταν σε μία απὸ τις δώδεκα χριστιανικές συνοικίες της πόλης.
Το καθολικό της μονής επλήγη καίρια κατά τις δύο πυρκαγιές του 1890 και 1917. Η πυρκαγιά του 1917 κατέστρεψε ολοκληρωτικά το καθολικό της μονής. Το μόνο κτίσμα που διασώθηκε ήταν το κωδωνοστάσιο του ναού, το οποίο κτίστηκε στα τέλη του 19ου αιώνος.
Ο νέος ναός κτίστηκε πλησίον του κατεστραμμένου καθολικού το 1935 και το 1957 ο μητροπολίτης Θεσσαλονίκης Παντελεήμων ο Α΄ανήγειρε τη δυτική πτέρυγα της μονής, όπου λειτούργησαν διαδοχικά φοιτητικό οικοτροφείο και Εκκλησιαστική Σχολή. Από το 1974 λειτουργεί ως ανδρώα μονή, ενώ το 1989 ιδρύεται στο χώρο της μονής το Κέντρο Αγιολογικών Μελετών της Ι. Μητροπόλεως Θεσσαλονίκης.