El Monasterio de Santa María de Fitero fue fundado por el rey Alfonso VII de León el 25 de octubre de 1140. Se piensa que al principio era un monasterio benedictino. No se sabe cuándo se incorporó exactamente a la Orden del Císter, pero en 1147 ya aparecía mencionado como un monasterio cisterciense dependiente de la abadía francesa de l'Escaladieu. Inicialmente, estaba situado en Niencebas, pero en 1152 los monjes se trasladaron a Fitero debido a la aridez de su primera ubicación. El monasterio participó en la fundación de la Orden de Calatrava en 1158 y en la de los monasterios de Santa María de Veruela y de Santa María de la Oliva. Las obras del edificio se extendieron entre finales del siglo XII y mediados del siglo XIII. La iglesia fue consagrada en 1247. A lo largo de su historia el número de monjes osciló entre los 12 y los 40.

En sus primeros tiempos el monasterio fue objeto de disputa entre los obispos de Calahorra y Tarazona, pero finalmente acabó dentro de la diócesis de este último. Acumuló progresivamente un gran patrimonio gracias a las donaciones de los monarcas castellanos y navarros, pero debido a su situación fronteriza también se convirtió en objeto de rivalidad entre los reinos de Castilla y Navarra. En el siglo XIV el monasterio fue asaltado violentamente en varias ocasiones tanto por las tropas castellanas como por las navarras hasta que ambos reinos acordaron someter la cuestión al arbitraje pontificio. Después de numerosas alegaciones, el 3 de octubre de 1373 Guido de Bolonia, legado pontificio en los territorios españoles, sentenció definitivamente que Santa María de Fitero pertenecía al reino de Navarra.

El monasterio volvió a ser asaltado durante la Guerra Civil de Navarra (1451-1464) por tropas castellanas que apoyaban al bando beaumontés en su lucha contra el bando agramontés. La guerra también provocó la sustitución de varios abades por parte de ambos bandos. Las continuas interferencias políticas condujeron a la relajación de la disciplina monástica y a la pérdida de recursos económicos. A partir del siglo XVI también empezaron a producirse conflictos con la villa de Fitero debido a que desde el 23 de julio de 1560 la villa dejó de depender de la diócesis de Tarazona y tuvo que someterse a la jurisdicción del monasterio.

El rey Felipe II intentó incorporar a Santa María de Fitero y los demás monasterios navarros a la Congregación de Castilla debido a su escasa disciplina, pero estos se resistieron a someterse al control castellano. Sin embargo, una vez se creó la Congregación de Aragón, los monasterios navarros solicitaron unirse a ella y fueron admitidos en 1634. A partir de ese momento empezó a elevarse el nivel cultural de los monjes de Santa María de Fitero debido a que una parte de ellos fueron obligados a estudiar en diversas universidades, como las de Salamanca, Alcalá y Lleida y el colegio cisterciense de Huesca. El monasterio también desarrolló estudios de gramática y artes. En el siglo XVIII llegó a contar con 20 maestros de teología. Asimismo, entre 1702 y 1770 asumió la jurisdicción sobre el monasterio de monjas cistercienses de Herce.

La Guerra de la Independencia (1808-1814) interrumpió la vida del monasterio. Los monjes tuvieron que abandonarlo el 18 de octubre de 1809 debido al Real Decreto de 18 de agosto de ese año disponiendo que todas las órdenes regulares, monacales, mendicantes y clericales existentes en los dominios de España quedasen suprimidas. Los monjes no pudieron volver al monasterio hasta el 22 de julio de 1814. Sin embargo, tuvieron que abandonarlo de nuevo el 22 de febrero de 1821 debido a la supresión de las órdenes monásticas por la Ley sobre monasterios y conventos de 25 de octubre de 1820. Los monjes regresaron al monasterio el 23 de agosto de 1823, tras la caída de los liberales.

El monasterio fue suprimido definitivamente en noviembre de 1835 a causa del Real Decreto de 11 de octubre de ese año suprimiendo los monacales. La iglesia, en cambio, ha continuado abierta al culto como parroquia hasta la actualidad.