Основательницей и первой настоятельницей московской Марфо-Мариинской обители была великая княгиня св. Елисавета Феодоровна. В 1894 г. состоялась свадьба ее младшей сестры Алисы Гессенской и Николая II. Великая княгиня стала заниматься благотворительностью и помогать беспризорным, больным и беднякам. Когда в 1904 г. началась Русско-японская война, она отправляла на фронт санитарные поезда, продовольствие, обмундирование, лекарства, подарки и даже походные церкви с иконами и утварью, а в Москве открыла госпиталь для раненых и комитеты по призрению вдов и сирот военнослужащих. Именно в то время великокняжеская чета начала покровительствовать Иверской общине в Замоскворечье, где готовили сестер милосердия. После смерти мужа Елисавета Феодоровна, полностью удалившись от светской и дворцовой жизни, разделила драгоценности на три части: первая была возвращена казне, вторая отдана ближайшим родственникам, третья пошла на благотворительность, и главным образом, на создание Марфо-Мариинской обители. Большой участок с роскошным садом княгиня приобрела на деньги от фамильных драгоценностей и от проданного особняка на Фонтанке в северной столице.
После революции обитель не трогали и даже помогали с продовольствием и медикаментами. Чтобы не давать повода провокациям, настоятельница и сестры почти не выходили из стен; каждый день служилась Литургия. Постепенно власти подбирались к этому христианскому островку: сначала прислали опросные листы для проживающих и излечивающихся, потом арестовали несколько человек из больницы, потом объявили о решении перевести сирот в детский дом. А в апреле 1918 г., в Светлый Вторник после Пасхи, в обители служил Литургию и молебен св. Патриарх Тихон, давший св. Елисавете последнее благословение. Сразу после его отъезда настоятельница была арестована — ей даже не дали просимых двух часов на сборы, выделив только «полчаса». Простившись с сестрами, под вооруженной охраной латышских стрелков, она уехала в машине в сопровождении двух сестер — любимой келейницы Варвары Яковлевой и Екатерины Янышевой.
Ее московская обитель просуществовала до 1926 г., а потом еще два года там действовала поликлиника, где работали бывшие сестры под руководством княжны Голицыной. После ее ареста одни насельницы были высланы в Туркестан, а другие создали маленькое огородное хозяйство в Тверской области и выживали там под руководством о. Митрофана Серебрянского. После закрытия в соборном храме обители открылся городской кинотеатр, потом дом санитарного просвещения, а в Марфо-Мариинской церкви — амбулатория им. профессора Ф. Рейна. Ее храмовую икону святых Жен-Мироносиц передали в соседнюю замосквореченскую церковь Николы в Кузнецах, а на территории бывшей обители установили статую Сталина. После войны в бывшем Покровском храме разместились Государственные реставрационные мастерские, переведенные сюда из Никольского храма на Берсеневке. Вплоть до недавнего времени эта организация под именем Художественно-реставрационный центр им. И.Э. Грабаря занимала помещения замосквореченской обители. А в Марфо-Мариинском храме еще в 1980-х гг. работала лаборатория Всесоюзного института минерального сырья и кабинет лечебной физкультуры с оборудованным в помещении бывшего храма спортивным залом.
Возрождение Марфо-Мариинской обители милосердия началось в 1992 г., когда постановлением столичного правительства архитектурный комплекс Марфо-Мариинской обители был передан Московской Патриархии. Ключи от главного собора обители — Покрова Пресвятой Богородицы — были возвращены Церкви центром им. И.Э. Грабаря лишь в конце 2006 г.
