Le notizie sulla nascita di questo complesso sono imprecise e contraddittorie. La fondazione risale probabilmente agli ultimi decenni del Trecento ma nel 1486 esso "fu refatto suntuosamente" (Fantaguzzi). Il convento dovette raggiungere la sua massima espansione verso la metà del Seicento, quando ospitava sessantanove monache e viveva un momento di attivo fervore edilizio. Nel 1650 si fabbricò il campanile, modificato poi da Agostino Azzolini nel 1774. 

L'11 luglio 1810 il monastero fu soppresso e tutte le suore espulse. Iniziava così la sua storia di decadimento e manomissioni. Con la restaurazione del potere pontificio la chiesa venne riaperta, mentre l'amministrazione dell'Ospedale del Santissimo Crocifisso insediava nel convento la Casa di Ricovero per le Figlie del Povero. Nuovi lavori di ristrutturazione furono intrapresi nel 1860 e, dopo la prima guerra mondiale, una parte del convento venne occupata da un tabacchificio.
L'orfanotrofio è stato soppresso solo dopo il 1960. Restaurato a partire dal 1975 il complesso è oggi un importante punto di riferimento per la vita cittadina ospitando, oltre a un certo numero di abitazioni, una grande quantità di attrezzature pubbliche: la Pinacoteca Comunale, il Centro Cinema San Biagio, la Fondazione Ert - Emilia Romagna Teatri ed è sede del CDE - Centro di Documentazione Educativa del Comune di Cesena.
 
Della chiesa, che conteneva un tempo un quadro di Giuseppe Milani (autore anche di affreschi nella perduta cappella del SS.mo Sacramento), rimane oggi soltanto l'invaso, che costituisce l'ingresso al cinema. Interessa ricordare che nello spazio occupato oggi dalla sala verde del cinema San Biagio erano collocati i sessantadue stalli del coro delle monache le quali, attraverso un sistema di grate, potevano seguire debitamente appartate le funzioni celebrate nella chiesa al piano inferiore. La parte architettonicamente più interessante dell'ex convento è il cortile della loggetta, cui si accede da una porta in fondo all'androne dell'ingresso principale. La loggia in laterizio al piano terra appartiene probabilmente alla parte più antica dell'edificio, mentre la loggetta in pietra al piano superiore risale ai rifacimenti quattrocenteschi. Dall'androne si prenda la scala a destra: al primo piano si trova l'ingresso alla Pinacoteca Comunale. Il museo, che raccoglie opere pervenute in proprietà comunale in tempi e per vie diverse, è stato aperto nel 1984 per consentire la permanente esposizione di una raccolta che, se non può dirsi sufficientemente completa né omogenea, merita di essere conosciuta.