No se sabe cuándo fue fundado exactamente el Monasterio de Santa María de Castro de Rei de Lemos, pero se sabe que su fundación es anterior al siglo XII y que inicialmente era un monasterio benedictino. Al principio estaba situado en O Agro de Abelleira, pero al cabo de un tiempo los monjes se trasladaron a orillas del río Loio. El rey Alfonso VII de León entregó el monasterio a la Orden del Císter en 1142.

El monasterio nunca dejó de recibir la protección de los reyes leoneses y castellanos. En febrero de 1167, el rey Fernando II de León concedió al monasterio el coto jurisdiccional sobre Castro de Rei, Buxán, Vilarpape y Seixón. El edificio disponía de su propia cárcel. En mayo de 1210, el rey Alfonso IX de León eximió al monasterio del pago de yantares.

El monasterio sufrió una grave crisis durante el siglo XV. Por iniciativa del Monasterio de Santa María de Montederramo, en 1506 el papa Julio II ordenó que Santa María de Castro de Rei pasase a depender de Montederramo tras el fallecimiento del abad Juan de Pradomao. El 3 de junio de 1522 Santa María de Castro de Rei dejó de ser una abadía independiente y se convirtió en un priorato dependiente del Monasterio de Santa María de Montederramo. Algunos autores han interpretado que el monasterio fue suprimido en esa fecha, pero existe documentación posterior que prueba su continuidad. Por otro lado, la conversión de una abadía independiente en crisis en un priorato dependiente era un hecho habitual en la época.

Durante el Trienio Liberal (1820-1823), los monjes tuvieron que abandonar el monasterio debido a la supresión de las órdenes monásticas por la Ley sobre monasterios y conventos de 25 de octubre de 1820. El monasterio fue suprimido definitivamente por los decretos de exclaustración de 1835.