El origen del convento carmelita de Cox está en la ermita medieval de Nuestra Señora de las Virtudes, donde según la tradición apareció la patrona de Cox, María Santísima de las Virtudes. En el año 1611 era Juan Bautista Ruiz Dávalos el señor de Cox. Tenía dos hermanos religiosos, Lope Ruiz Dávalos, canónigo de la catedral de Orihuela y Ana, religiosa en un convento de la misma ciudad, con los que visitó la ermita de Nuestra Señora de las Virtudes, allí llegaron a la determinación de instalar dos frailes franciscanos del convento de la Concepción de Callosa de Segura para cuidar del sitio, los franciscanos rechazaron la propuesta. Debido a este hecho, el señor de Cox decide fundar un convento para el sitio, por lo que se entrevista con el padre provincial carmelita, que pertenecía al convento San Pablo de Orihuela.

Tras esta primera entrevista se sucedieron las negociaciones entre Juan Bautista Ruiz Dávalos, el concejo de Cox y el padre provincial. Una vez alcanzado el acuerdo, se realizó ante el notario Bartolomé Boyvia la firma del documento de fundación, con fecha 25 de octubre de 1611, por el que los carmelitas recibían la ermita de Nuestra Señora de las Virtudes y se comprometían a construir un monasterio y una iglesia, que comenzó a ser construida poco tiempo después, colocándose su primera piedra en 1613 y finalizando la obra en 1619. Las obras para el edificio conventual comenzaron a mediados del siglo XVII y se desarrollaron durante todo el siglo. Durante este tiempo la situación económica del convento era muy mala, como demuestra el hecho de que el prior, Manuel Sanz, no pudiese acudir al capítulo de Zaragoza, de 1673, alegando la pobreza que padecía el convento.

En el siglo XIX una serie de acontencimientos llevaron al cese de la vida del convento. Durante el Trienio Liberal el convento fue clausurado, a partir de la aplicación de la Ley sobre monasterios y conventos de 1820. En 1821 los frailes de Cox tuvieron que refugiarse en el convento de Alicante, pudiendo regresar al suyo una vez fue restituido el poder de Fernando VII. El 24 de agosto de 1835 el convento fue suprimido definitivamente y los ocho religiosos que lo habitaban tuvieron que abandonarlo, al ser aplicados los decretos de exclaustración de Mendizábal. Los bienes del convento fueron vendidos en subasta pública. María de las Virtudes Melgarejo Saurín, mujer influyente y poderosa del pueblo, fue la que adquirió el convento y la que logró que en 1842 la iglesia siguiera oficiando misas, eso sí, esta vez administrada por la parroquia.