En 1246 los franciscanos ya estaban asentados en la villa de Atienza, poco después de esta fecha se construyó un pequeño monasterio que los alojara. Y no sería hasta el S.XIV, cuando la señora de la villa, Catalina de Lancaster, esposa de Enrique III, financiaría la construcción de un templo gótico.

A fines del s. XV la comunidad abrazó la Observancia. En el caso de Atienza, el cambio se produjo a partir de una bula de Alejandro VI, de mayo de 1493, que llegó a la villa a través de una carta de los Reyes Católicos. Los Reyes Católicos comienzan en estos tiempos una política de ayudas al monasterio, ya que estaban muy interesados en promover la Observancia, y finalmente, en 1507, con el Cardenal Cisneros como regente de Castilla, el convento San Francisco recibe el título de Real Convento. Por esto, el padre guardión del mismo se convierte en Regidor Decano de la villa, con lo que su papel político es el segundo más importante tras el rey.

El s. XVI supuso un tiempo de ampliación y cambio para el convento, ya que se emprendieron las obras de expansión del convento y de la iglesia, con el patronazgo de nobles hacendados de la zona, Hernando Rojas Sandoval, su esposa Catalina Medrano Bravo de Lagunas y el hermano de ésta, García Medrano Bravo de Lagunas.

El convento sirvió de alojamiento para varios monarcas, así Felipe II lo visitaría en 1592, donde adoró la reliquia de las Santas Espinas. Su hijo Felipe III también realizó una visita, Felipe IV en 1660 visitó el convento y las reliquias y Felipe V en 1706, en plena Guerra de Sucesión, hizo lo propio.

La Guerra de la Independencia supuso un duro golpe para el convento, ya el 7 de enero, el general Duvernet ataca la villa de Atianza, por lo que los frailes debieron huir de la destrucción de la que la villa estaba siendo víctima. Terminada la guerra y con convento el ruinas, algunos frailes volvieron al convento, pero en 1835, éste cierra definitivamente las puertas tras la exclaustración decretada por Mendizábal.