Întemeiată de Ştefan cel Mare în 1497, este edificiul religios cel mai important din Moldova. Documente scrise din 1407 menţionează existenţa încă din a doua jumătate a secolului al XIV-lea a unui schit de călugări, construit de voievodul local din fortăreaţa Neamţ. Voievodul Petru I Muşat (1374-1391) a înălţat o biserică de piatră. După distrugeri succesive, mănăstirea a fost mărită în decursul secolelor XV şi XVI. Doar biserica cea mare, înălţată de Ştefan cel Mare în 1471, şi partea inferioară a turnului-clopotniţă sunt originale.
 
Pridvorul de la intrarea în criptă, situat între naos şi pronaos, sunt elemente specifice arhitecturii moldoveneşti. Pronaosul, de formă dreptunghiulară, este împărţit în două părţi egale cu două cupole. Naosul, de asemenea de formă dreptunghiulară, de mari dimensiuni, are două abside laterale, semicirculare spre interior şi pentagonale spre exterior, fundaţiile fiind alcătuite din patru arcuri oblice şi patru mari arcuri. Clopotniţa se înalţă în mijloc, iar nouă contraforturi masive susţin zidurile până la nivelul bolţilor.
 
Decoraţiuni exterioare combină stilul gotic cu cel bizantin: cele nouă contraforturi şi decoraţiunile din jurul uşilor şi ferestrelor sunt în stil gotic; turnul octogonal iluminat prin patru ferestre este decorat cu ceramică de culoare verde, galbenă şi maro. Decoraţiunile faţadelor sunt executate din piatră brută pentru ziduri şi din piatră şlefuită la nivelul soclului. 
 
Deasupra ferestrelor în stil gotic se află o arcadă frântă şi ornamente de piatră minuţios sculptate. Porţile laterale sunt încadrate cu simple blocuri de piatră ornate deasupra cu o arcadă în acoladă. Portalul principal, sculptat în piatră, are în partea superioară ornamente gotice în relief cu un arc închis. Altarul în stil baroc este sculptat în lemn şi acoperit cu foiţă de aur. 
 
Pictura murală a fost executată în două etape. Absida principală, naosul şi cripta au fost pictate în timpul ultimilor doi ani ai domniei lui Ştefan cel Mare - 1503 şi 1504. Pronaosul şi intrarea au fost pictate la sfârşitul domniei lui Petru Rareş (1541-1546). Absida principală a fost redecorată în secolul al XIX-lea. Doar naosul păstrează picturile murale originale. Portretele sfinţilor au fost executate în culori vii, după modelul bizantin. În secolul al XV-lea, la mănăstirea Neamţ funcţiona cel mai mare centru de caligrafie şi de miniaturi din Moldova şi de aici se asigura difuzarea manuscriselor religioase în limba slavonă, dintre care Tetraevangheliarul slavo-grec, copiat de cronicarul Gavril Uric. Originalul este expus la Bibiloteca Bodleiană din Oxford. Biblioteca mănăstirii, întemeiată acum 600 de ani, este cea mai veche din România.