Το αρχικό όνομα της μονής ήταν Αγία Ελεούσα, αλλά για την αποφυγή σύγχυσης με το κοντινό μοναστήρι της Αγίας Τριάδας Ελεούσας, άλλαξε και έγινε Παλαιοπαναγιά. Σύμφωνα με την παράδοση, η μονή ιδρύθηκε το 1310, ενώ η πρώτη ιστορική μνεία της εμφανίζεται το 1612 σε σιγίλιο του Πατριάρχη Νεόφυτου Β΄. Παρόλα αυτά, η μονή βρισκόταν σε ακμή και πριν το 1612. Κατά τα Ορλωφικά, η μονή καταστράφηκε και ερημώθηκε, με αποτέλεσμα να ξεκινήσει ένας μεγάλος αγώνας για την διατήρηση της κτηματικής της περιουσίας, που κράτησε για πολλά χρόνια.

Κατά τη διάρκεια της Επανάστασης του 1821 και συγκεκριμένα το 1822, η μονή πρόσφερε για τις ανάγκες του αγώνα 1000 γρόσια, ενώ 4 χρόνια αργότερα καταστράφηκε από τον Ιμπραήμ Πασά. Τα επόμενα χρόνια, η μονή ανακαινίστηκε πολλές φορές και το 1991 μετατράπηκε σε γυναικεία.