Στα οθωμανικά χρόνια το Μοναστήρι συνέχισε, παρά τις απώλειες, να διατηρεί ιδιοκτησίες στις τοποθεσίες των βυζαντινών μετοχίων της. Μάλιστα εμφανίστηκαν στην κατοχή του και νέα μετόχια, τα οποία δεν κατείχε στα βυζαντινά χρόνια: στη Χαλκιδική (Ιερισσός, Κασσάνδρα, Ορμύλια, Σιδηροκαύσια), στον Στρυμόνα (στα σημερινά Νέα Κερδύλια κ.α.), στα νησιά του Βορείου Αιγαίου Θάσο, Λήμνο και Άγιο Ευστράτιο, αλλά και στην Κρήτη, στη Μικρά Ασία και στη Βεσσαραβία. Το 1535 ο Σουλεϊμάν ο Μεγαλοπρεπής εξέδωσε φιρμάνι που επέτρεπε στον βοεβόδα της Μολδαβίας και της Βλαχίας να αναστηλώσει τα κτίρια της Μονής, χωρίς να τα επεκτείνει. Ίσως αυτό να αφορούσε τον θαλάσσιο πύργο και τον μπαρμπακά (προτείχισμα), που σύμφωνα με επιγραφή ολοκληρώθηκε επί ηγουμενίας Γερμανού, με δαπάνη κάποιου βοεβόδα Ιωάννη Πέτρου (ίσως του Πέτρου Δ´ Ράρες της Μολδαβίας) και του μοναχού Ιωάσαφ. Σύμφωνα με τον Σμυρνάκη, το 1548 ένας οθωμανός αξιωματούχος ονόματι Ιμπραήμ διέταξε δύο μουσουλμάνους, τον Μουσταφά και τον Αλί, να επισκεφτούν την Ιερά Μονή Καρακάλλου για να μετρήσουν τις διαστάσεις του καθολικού, ώστε να δοθεί άδεια να αναστηλωθεί, όπως και έγινε. Και ο Κομνηνός το 1708 γράφει πως τον 16ο αιώνα η Μονή ανακαινίστηκε με γενναίες χορηγίες του βοεβόδα της Βλαχίας Νεάγκοε Μπασαράμπ και κάποιου βοεβόδα Πέτρου. Πράγματι, ο εντυπωσιακός πύργος της μονής έχει χαρακτηριστικά του 16ου αιώνα. Τον 17ο αιώνα, ο βασιλιάς της Ιβηρίας Αρτχίλ μαζί με τον αδελφό του Γεώργιο Βαχτάγ (1674) και τον 18ο αιώνα ο μοναχός Ιωάσαφ, φρόντισαν πολύ για το Μοναστήρι, το οποίο αναπτύχθηκε σημαντικά, σε βαθμό όπου σύμφωνα με ορισμένες μαρτυρίες έφτασε να αριθμεί μαζί με τις σκήτες του μερικές εκατοντάδες μοναχούς.
