Ιδρύθηκε από τους αδελφούς Δωρόθεο και Μάρκο Βλατή, μαθητές του αρχιεπισκόπου Θεσσαλονίκης αγίου Γρηγορίου Παλαμά, όταν ο Δωρόθεος ήταν μητροπολίτης Θεσσαλονίκης, μεταξύ των ετών 1351-1371. Από τη βυζαντινή μονή διατηρείται το καθολικό καθώς και τρεις κινστέρνες που ανήκουν στο δίκτυο υδροδότησης της πόλης από το υδραγωγείο του Χορτιάτη.
Το καθολικό που ενσωμάτωσε παλαιότερο μεσοβυζαντινό ναό ανήκει σε μια σπάνια παραλλαγή του σταυροειδούς εγγεγραμμένου ναού, με συνεπτυγμένη τη δυτική κεραία. Τον πυρήνα περιβάλλει κλειστή περιμετρική στοά με παρεκκλήσια στα ανατολικά. Το νότιο παρεκκλήσι τιμάται στη μνήμη του Αποστόλου Παύλου. Το βόρειο παρεκκλήσι, το βόρειο, το δυτικό και τμήμα του νότιου σκέλους του περιστώου είναι προσθήκες του 1801, ενώ η νότια ανοικτή στοά και το δυτικό πρόπυλο κατασκευάστηκαν στα 1907. Οι τοιχογραφίες του καθολικού αποδίδονται σε δύο φάσεις: στην πρώτη ανήκουν σπαράγματα των παραστάσεων της Ανάληψης και της Πεντηκοστής στην ανατολική καμάρα του σταυρού καθώς και κάποια αποτοιχισμένα σπαράγματα (Ιωάννης Πρόδρομος, Ιωάννης Θεολόγος και σπάραγμα από παράσταση του Νιπτήρα) που εκτίθενται στο Μουσείο Βυζαντινού Πολιτισμού και χρονολογούνται στα 1310-1315. Στη δεύτερη φάση ανήκουν οι υπόλοιπες τοιχογραφίες στον τρούλο τις καμάρες, στο νάρθηκα και το νότιο παρεκκλήσιο που χρονολογούνται μετά το 1368, έτος αγιοποίησης του Γρηγορίου Παλαμά, ο οποίος απεικονίζεται δύο φορές.
Η μονή Βλατάδων λειτούργησε ως πατριαρχικό σταυροπήγιο με ιδιαίτερα προνόμια, γνωστό ως Τσαούς Μαναστήρ σε όλη τη διάρκεια της Οθωμανικής κυριαρχίας. Ανήκει στο Οικουμενικό Πατριαρχείο Κωνσταντινουπόλεως. Στο σκευοφυλάκιο της υπάρχουν αξιόλογες συλλογές φορητών εικόνων, χειρογράφων και παλαίτυπων βιβλίων, που χρονολογούνται από τον 12ο έως τον 19ο αιώνα. Το καθολικό περιβάλλεται από τα κτίρια του Πατριαρχικού Ιδρύματος Πατερικών Μελετών που ιδρύθηκε το 1968.
Ο ναός συγκαταλέγεται στον κατάλογο μνημείων παγκόσμιας κληρονομιάς της UNESCO (Paleochristian and Byzantine Monuments of Thessalonika).
