La fundación del monasterio cisterciense de Montesión fue obra del monje fray Martín de Vargas, que había sido confesor del papa Martín V, y que junto a fray Miguel de Cuenca, del monasterio de Piedra en Aragón, acudió a Roma en 1425 para pedir la facultad de fundar eremitorios donde devolver el sentido original de la regla de San Benito cuyas costumbres se habían relajado. Allí obtuvo un bula donde se autorizaba la creación de dos eremitorios en el Reino de Castilla.

Tras su regreso de Roma en 1426 dirigió sus pasos a Toledo, donde se encontraba un gran amigo suyo, Alfonso Martínez, canónigo tesorero y obrero de la catedral, que había comprado unos terrenos cercanos a la Vega de San Román para construir el eremitorio. Tras acudir a pedir autorización al arzobispo de Toledo, comenzaron la construcción de una ermita, probablemente sobre otra más antigua, en la elevación conocida como Peña Ventosa, a la que bautizaron con el nombre de Nuestra Señora de Montesión, siendo su primera piedra colocada el 21 de enero de 1427.

Una vez asentada la comunidad de monjes, no tardó el monasterio en tener gran fama, tanto es así que Álvaro de Luna, condestable de Castilla, ofreció a los cistercienses la creación de un nuevo monasterio a cambio de que sirviese de enterramiento para él y su familia. La oferta fue rehusada ya que la idea original de la congregación era volver al estricto cumplimiento de la regla de San Bernardo, huyendo de las riquezas y los bienes materiales.

No obstante, pronto se dieron cuenta los monjes que sin limosnas no podrían finalizar las obras, por lo tanto, aceptaron el patronato de Alonso Álvarez de Toledo, contador mayor de Juan II y regidor de Toledo, y de su mujer, Catalina Núñez. Con sus donaciones pudieron emprender en 1431 la construcción de la iglesia, además de ver ampliados los terrenos a partir de la donación de tierras aledañas al monasterio. A cambio se firmaron unas escrituras por las que la capilla mayor del monasterio serviría como panteón familiar y los escudos de armas de la familia serían colocados en los muros del monasterio.

La evolución arquitectónica del edifico no cesó durante la vida del monasterio, produciéndose nuevas construcciones o renovaciones a partir de las donaciones de los herederos del patronazgo. Tal es el caso de García Álvarez de Toledo, hijo del fundador y obispo de Astorga, quien por escritura del 6 de marzo de 1488, se comprometía a ampliar la capilla mayor, dedicada a Nuestra Señora de Montesión, a cambio de que los monjes cediesen el suelo de la misma para el enterramiento del obispo y sus familiares.

También contó este monasterio con varios privilegios reales, como el que otorgó Juan II, en Alcalá de Henares el 4 de febrero de 1436, por el que otorgaba 5000 maravedíes de juro y que fue confirmado por sus sucesores, incluidos los Reyes Católicos, que lo hicieron con documento firmado en Sevilla el 16 de agosto de 1447. O el que otorga Felipe II con carta de 5 noviembre de 1562, en la que confirma el derecho del monasterio a percibir anualmente veinte cahices de trigo.

De este monasterio se extendió la reforma a todo el reino castellano, constituyéndose con él la Congregación de Castilla. Tres años después de fundar Montesión y por orden del rey Juan II, fray Martín de Vargas se puso al frente de la abadía de Valbuena en la provincia de Valladolid, renovando el antiguo monasterio benedictino e introduciendo la reforma, pasando a ser Valbuena el segundo monasterio de la Congregación de Castilla.

En el s.XIX comienza la decadencia del monasterio. En 1820, durante el trienio liberal, los frailes son exclaustrados por la aplicación de la Ley sobre monasterios y conventos y sus bienes son subastados en lotes en 1821. Regresaron los monjes con la llegada de Fernando VII, pero en 1835 abandonan definitivamente el monasterio como resultado de los decretos de exclaustración de Mendizábal.