Во время уединенной молитвы скала, на которой он стоял, оторвалась от берега и приплыла к берегам Волхова в окрестностях Новгорода. Согласно житию это произошло в 1106 году на праздник Рождества Богоматери (8 сентября). Здесь Антоний и основал свой монастырь.
Несмотря на все сложности, преподобный Антоний смог построить в своем монастыре каменный собор и расписать его фресками. Для этого ему несомненно требовалась сильная поддержка со стороны Киева. Первая Новгородская летопись отмечает закладку собора в 1117 году, а в 1119 году говорит о завершении строительства. Роспись собора была выполнена в 1125 году, а в 1127 строится трапезная церковь.
В 1528 году новгородский архиепископ Макарий ввел в монастыре общежительный устав. Вскоре начались новые строительные работы. При архимандрите Геронтии в 1533—1536 гг. были построены Сретенская церковь и церковь «иже под колоколы» в честь Антония Великого.
В середине XVI столетия игумен монастыря Вениамин обрел камень преподобного Антония, лежавший на берегу Волхова, и «водрузил» его в наружную стену собора. Сейчас камень Антония Римлянина лежит в притворе справа от входной двери в собор под изображением епископа Новгородского Никиты.
В 1558 году было написано «Похвальное слово» преподобному Антонию. Тогда же начало складываться его общерусское почитание, хотя официально включен в список общерусских святых преподобный Антоний Римлянин был только в 1597 году.
Эта задержка была связана с опричным разгромом Новгорода в 1570 году, когда были казнены вся братия и игумен монастыря Геласий
В 1740 году, во многом стараниями архиепископа Новгородского и Великолуцкого Амвросия (который позднее был при монастыре и похоронен), при монастыре была основана духовная семинария, среди её первых семинаристов был Тихон Задонский, в 1797 году статус Новгородской семинарии понижается до уровня четырёхклассной.
В 1918 году семинария была закрыта, а в 1920 году был упразднён Антониев монастырь.
Над южным входом в монастырь возвышалась трёхярусная колокольня. В 1930-х годах два верхних яруса были снесены и разобраны на кирпич.
Сегодня монастырские постройки входят в состав Новгородского музея-заповедника. На территории монастыря расположен ряд факультетов Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого (бывший Педагогический институт, вошедший в состав университета).