На острове Палей преподобный Корнилий проживал в пещере. Когда к подвижнику стали приходить «любители уединения, изволяющии монашествовати», он построил для иноков кельи и храм в честь Рождества Пресвятой Богородицы. После устроения Корнилиева Палеостровского монастыря преподобный «обложил своё тело железными веригами и поясом» и вернулся в свою пещеру. Преемником преподобного Корнилия стал его ученик преподобный Авраамий Палеостровский. В писцовой книге 1563 г. Андрея Лихачёва «с товарищи» на землях Никольского Шунгского погоста упоминается Корнилиев Палеостровский монастырь с тремя храмами: в честь Рождества Пресвятой Богородицы, во имя пророка Илии и тёплым во имя Николая Чудотворца, «а в манастыре игумен Иона да пол 60 человек старцов». Во второй половине XVI – начале XVII вв. Корнилиев Палеостровский монастырь – небольшая преуспевающая северная обитель. В писцовой книге 1582/1583 гг. приводятся сведения о её строениях и число монахов, а также указывается, что все монастырские церкви были поставлены при жизни преподобного Корнилия: «В Никольском же погосте монастырские вотчины на Вспальевском острову на Онеге озере. Монастырь общей Рожественской, а на монастыре церковь Рожество Пречистые Богородицы, да церковь Никола Чюдотворец, да церковь теплая Илья Пророк с трапезою древяные. А церкви поставленье и церковное строение прежнего игумена Корнилия. Да на монастыре ж келья игумена Ионы да 32 кельи, а живет в них два священника да 49 братов». В Смутное время Корнилиев Палеостровский монастырь пострадал от набега военных отрядов шведов и черкасов, разорявших Толвуйскую волость. В переписной книге Петра Воейкова 1616 г. сказано: «В Никольском погосте Шунгском, на Вспальевском острову, на Онеге-озере, монастырь Рождественской общей, а на монастыре церковь Рождества Пресвятой Богородицы, верх шатровой высок, церковь Николая Чудотворца клетцка, церковь теплая Ильи-пророка с трапезою, все три древяные..., да на монастыре келья игуменская, а игумен Кирило для войны от литовских и от воровских людей живет в Соловецком монастыре, да 18 келей братских, а в них живут два священника да диакон черные, да 18 братов, черноризцев же, да келья больничная, да келья хлебная, да 6 келей пустых, да 6 мест келейных, а кельи выжгли в 120 году литовские люди». Согласно писцовой книге 1628–1629 гг., в кельях обители проживали игумен Иосиф, старец Филарет, казначей старец Иоасаф, поп Аркадий, чёрный поп Киприан и ещё 43 старца. Рядом с Никольским храмом («клетцки, верх на каменное дело») и Илиинской церковью («теплая с трапезою и келарскою верх шатровой») братия строила новый храм в честь Рождества Пресвятой Богородицы вместо сгоревшего в 1626 г. Московские писцы отметили многочисленные иконы, украшенные жемчугом и финифтью, в позолоченных ризах, серебряные церковные сосуды, священнические облачения из бархата и камки. На колокольне они насчитали семь колоколов, самый большой весом 52 пуда.