L'intenzione di istituire a Feltre un seminario per la formazione del clero, in ottemperanza ai dettami del Concilio tridentino, fu già del vescovo Filippo Maria Campeggi, ma fu il suo successore Jacopo Rovellio a fondarlo nel maggio 1593, ordinando gli studi secondo il curriculum gesuita.
L'Istituto ebbe diverse sedi nel corso dei secoli: solo dal 1684 ebbe un edificio proprio davanti alla Cattedrale e fu completato dal vescovo Antonio Polcenigo con una cappella e una biblioteca; invece nel 1725 venne dotato dal vescovo Pietro Suarez di una tipografia.
Sul sito dell’attuale Seminario sorgeva in origine il Convento delle clarisse di Santa Chiara, fondato nel 1297, pare su interessamento del vescovo Casalio. Dopo un primo momento di osservanza molto rigida della clausura, il monastero divenne anche scuola per allieve esterne, in particolare delle famiglie nobili della città. Insoddisfatto dall'osservanza poco rigorosa del convento, Bernardino da Feltre promosse sul finire del Quattrocento la nascita di un secondo convento di clarisse in città, Santa Maria degli Angeli. Entrambi i conventi furono soppressi nel 1806.
Nel 1811 seminario e scuole pubbliche si fusero per dare vita ad un unico ginnasio vescovile aperto anche ai laici.
Nel 1845 si abbandonò l'intenzione di fabbricare il nuovo edificio presso il vecchio seminario, così l'architetto Segusini ebbe l'incarico di ristrutturare il convento di Santa Chiara, già indemaniato e donato dall'imperatore Ferdinando I al Seminario. Il nuovo Seminario fu poi restaurato e rimodernato nel XX secolo.
Dal 1866, successivamente all'annessione di Mantova e delle Province venete al Regno d'Italia, venne adottato il programma ministeriale per i ginnasi licei del regno. Nel 1872 il Liceo venne trasformato in istituto commerciale e negli stessi anni fu istituito un ginnasio liceo privato per i seminaristi; finché, dopo una lunga controversia tra Comune e Vescovo, nel 1896 venne stabilito che alcuni locali fossero dati in uso al Comune per le sue scuole.
Nel 1909 l'Istituto divenne seminario minore, ospitando solo il ginnasio, a vantaggio del Seminario maggiore di Belluno, con un liceo e un corso di teologia, dove nel 1955 furono trasferite anche le classi IV e V del ginnasio.
L'istituto vide tra i seminaristi anche Albino Luciani, che spese cinque anni dei suoi studi pastorali tra il 1923 e il 1928 e che, a distanza di cinquant'anni, nel 1978 sarebbe salito al soglio pontificio con il nome di Giovanni Paolo I .
L'istituzione della scuola media unica nel 1963 e la crisi vocazionale portarono alla progressiva diminuzione dei seminaristi: nel 1990, essendo ormai sotto la giurisdizione della Diocesi di Belluno-Feltre dal 1986, il seminario venne trasformato in convitto per universitari e studenti delle scuole superiori.