Las primeras noticias del monasterio de la comunidad de la que procede el monasterio de Santa María de Vallbuena se remontan a 1153. En ese momento existía una comunidad mixta de hombres y mujeres fundada por Ramón de Villabona, que aglutinó varios eremitorios de la zona. En el año 1175 la comunidad masculina se traslada a Poboleda, quedando la femenina en Villabona. El 8 de abril de 1176 fallece Ramón de Villabona, y una comunidad de monjas cistercienses que habitaban el monasterio el monasterio de Colobrers, al que habían llegado desde el monasterio navarro de Tulebras, se unen a la comunidad de Villabona. La primera abadesa fue Oria Sánchez, una de las monjas procedentes de Tulebras.

Para construir el nuevo monasterio se utilizan unos terrenos donados por Ramón Berenguer IV en 1163, comenzando en esta época la construcción de la iglesia. En 1177 Alfonso II y su esposa otorgan privilegios a Vallbona, un año más tarde, visitan el monasterio y conceden una renta. Además de la atención del rey, la casa comenzó a recibir pronto la atención de las familias más nobles y poderosas de la zona, como los condes de Urgell, que otorgaron tierras y beneficios al monasterio o Berenguera de Cervera, que lograba atraer a las mujeres de familia noble a la escuela del monasterio, que contaba con una nutrida biblioteca y un famoso scriptorium . En los años 1198 y 1200 Inocencio III otorga, mediante bulas, la inmunidad al monasterio y la confirmación todas sus posesiones.

En el siglo XIII el monasterio continuó aumentando su importancia. Jaime I continuó otorgando donaciones a Vallbuena, donde fue enterrado su esposa Violante de Hungría en 1275. En 1228 Vallbuena acogió un capítulo de abadesas. La importancia del monasterio fue tal, que desde él fueron fundadas otras casas, como Santa María de Bovera en Gimerà, Pedregal de Tárrega, Sant Hilari de Lleida o Santa María de Bonrepòs. En 1380 Vallbona es convertida en baronía al ceder Pero III de Aragón la jurisdicción civil y penal a cambio de 22000 sueldos para financiar la campaña de Cerdeña.

Un cambio importante en el devenir del monasterio sucedió tras el Concilio de Trento, donde se estipuló que las monjas no debían vivir en territorios apartados y deshabitados. Así, en 1573 las monjas fueron obligadas a ceder parte de sus terrenos y formar un núcleo de población cercano al monasterio. La zona se repobló sobre todo con habitantes de Montesquiu, y esto marcaría el origen del pueblo Vallbona de les Monges. En los siglo XVII y XVIII se desarrolló la decadencia el monasterio debido a la situación política de la época, que atravesaba conflictos como La Guerra de los Segadores, la Guerra de Sucesión o la Guerra del Rosellón.

El siglo XIX no fue menos convulso, durante la Guerra de la Independencia la comunidad fue exclaustrada del monasterio, lo mismo ocurrió en 1835, cuando fueron aplicados los decretos de exclaustración y desamortización de Mendizábal. No obstante, seis meses después el monasterio volvió a abrir sus puertas y aunque sus terrenos fueron enajenados, comenzaron un nuevo periodo de vida monacal que se prolongó hasta 1936, cuando con ocasión de la Guerra Civil Española el monasterio fue abandonado de nuevo y sufrió graves destrozos. Tras el fin de la contienda el monasterio siguió funcionado, continuando abierto a día de hoy.