Είναι κτισμένη σε μια κατάφυτη από έλατα περιοχή πάνω από το χωριό Μεσοβούνι. Η τοπική παράδοση συνδέει την ίδρυση του Μοναστηριού με την εύρεση μιας μικρής εικόνας της Θεοτόκου επάνω σε ένα Μελόκεδρο, ο οποίος σώζεται μέχρι σήμερα και του οποίου οι κλάδοι κλίνουν προς τον ναό σαν να τον προσκυνούν.
Το σημερινό καθολικό, μονόκλιτη σταυρόσχημη βασιλική αθωνίτικου τύπου κτίστηκε το 1904 πάνω στα ερείπια του παλιού καθολικού που ήταν του ίδιου ρυθμού. Στο νέο καθολικό είναι τοποθετημένο το τέμπλο του παλαιού με χρονολογία 1618. Κατά την περίοδο της ακμής της η Μονή Μεσοβουνίου πλήρωνε τον δάσκαλο του χωριού, ενώ στεκόταν και αρωγός στις δυσκολίες των κατοίκων του Μεσοβουνίου.
Η τοπική παράδοση συνδέει την ίδρυση του Μοναστηριού με την εύρεση μιας μικρής εικόνας της Θεοτόκου επάνω σε ένα Μελόκεδρο, ο οποίος σώζεται μέχρι σήμερα και του οποίου οι κλάδοι κλίνουν προς τον ναό σαν να τον προσκυνούν. Το σημερινό καθολικό, μονόκλιτη σταυρόσχημη βασιλική αθωνίτικου τύπου κτίστηκε το 1904 πάνω στα ερείπια του παλιού καθολικού που ήταν του ίδιου ρυθμού.
Στο νέο καθολικό είναι τοποθετημένο το τέμπλο του παλαιού με χρονολογία 1618. Κατά την περίοδο της ακμής της η Μονή Μεσοβουνίου πλήρωνε τον δάσκαλο του χωριού, ενώ στεκόταν και αρωγός στις δυσκολίες των κατοίκων .
Βρίσκεται στον συνοικισμό Καμπουραίικα του χωριού Πετρίλο, σε υψόμετρο 1400 μέτρων.
Για την ίδρυσή της δεν υπάρχουν γραπτά στοιχεία. Το σημερινό καθολικό, είναι κτίσμα του 1850, ενώ αγιογραφήθηκε το 1851. Όμως η Μονή προϋπήρχε.
Σώζονται επιστολές του διδασκάλου του Γένους Ιερομονάχου Αναστασίου του Γορδίου γραμμένες "εις το μοναστήριον του Πετρίλου" το 1713, ενώ υπάρχουν μαρτυρίες για την διέλευση από εκεί του Αγίου Κοσμά του Αιτωλού.
Κατά καιρούς η Μονή υπήρξε στρατηγείο των Μπουκουβαλαίων, του Καραϊσκάκη και άλλων οπλαρχηγών των Αγράφων.
Στην περίοδο της ακμής της υπήρχε έντονη κοινωνική δραστηριότητα, με κορυφαίο δείγμα την ίδρυση και λειτουργία με δικά της έξοδα, σχολείου κοινών γραμμάτων.
Σήμερα σώζεται και μια πτέρυγα κελιών, κτίσμα του 1907. Δια του ΒΔ της υπήχθη ως Μετόχιον της Μονής Σπηλιάς το οποίο είναι γνωστό και ως Μονή Αγίου Χαραλάμπους, λόγω τμήματος Ιερού λειψάνου του Αγίου που φυλλάσεται εκεί.