Junto a Poblet y Santes Creus, el Real Monasterio de Santa María de Vallbona forma el triángulo cisterciense catalán, es el más importante de la rama femenina (bernardas de clausura). Fue fundado por Ramón de Vallbona en el S. XII. Aunque es el monasterio más sencillo de la comarca, también es el más influyente y con más historia de los tres. Su comunidad tiene ocho siglos y medio de antigüedad y el monasterio sigue albergando hoy en día, una comunidad de monjas cistercienses como lo ha hecho ininterrumpidamente desde su fundación, con la sola excepción del periodo de la guerra civil española.
Su origen está en una comunidad de anacoretas, hombre y mujeres, documentada desde 1154, que observaron una regla de inspiración benedictina. En el año 1176 solo quedó la rama femenina y los hombres se trasladaron al Monasterio de Sorboles, en La Pobla de Cérvoles, hoy desaparecido, y al Monasterio de Poboleda. Cuatro monjas llegadas del primer monasterio cisterciente, el de Santa María de la Caridad de Tulebras (Navarra), se unieron a la comunidad, que se integró en la orden del Cister. Una de ellas, Oria Ramírez, se convirtió en la primera abadesa y Alfonso I el Casto y su esposa, doña Sancha de Castilla, así como Jaime I el Conquistador, no sólo se alojaron en el cenobio en repetidas ocasiones sino que patrocinaron su construcción. En el año 1198 y 1200 recibieron del papa Inocencio III la inmunidad, la protección de bienes y una bula en 1201 que regulaba la clausura y aseguraba su independencia del episcopado. Gracias a las numerosas propiedades recibidas por donaciones y testamentos entre ellos, el del propio conde Ermengol VII, fue formándose entre los S. XII y XIII un gran dominio en el Condado de Urgel. La abadesa Saurena de Anglesola (1379-1392) compró al rey Pedro III de Aragón la jurisdicción civil y criminal de todas las posesiones del monasterio por 22.000 sueldos barceloneses, éstas adquisiciones permitieron el establecimiento de la baronía de Vallbona y convirtiéndose en el centro de la vida política y jurídica de las villas y términos que lo integraban. En esa época formaban la comunidad 150 religiosas, la mayoría pertenecientes a linajes de la nobleza catalana: los Cardona, Cervera, Queralt, Boixadors, Anglesola, etc.
Desecaron el valle, hasta entonces pantanoso, promoviendo el asentamiento de granjas y pueblos. Fundaron diversas filiales, entre ellas, la Saïdia de Valencia y Valldonzella en Barcelona, que aún existen, además de otras desaparecidas. Contó con la señoría y la jurisdicción de la baronía de Vallbona, de una gran extensión.
En el S. XVI, como consecuencia de la guerra civil entre 1462 y 1472 y la prohibición del Concilio de Trento de que los monasterios femeninos estuvieran en lugares aislados, se formó el actual pueblo de Vallbona de les Monges, con gentes provenientes del pueblo de Montesquiu, a las que las monjas cedieron parte de la clausura monástica en 1573. En el siglo XVII existieron litigios con su propia orden, principalmente con Santa María de Poblet, porque los tributos que tenían que pagar afectaban negativamente su economía, a ello se unieron los estragos causados las tres guerras sucesivas: la de los Segadores (1640-1652), la de Sucesión (1705-1717) y la Guerra del Rosellón (1788-1795). Después llegó la desamortización de Mendizábal y la exclaustración, aunque solo se ausentaron del monasterio durante seis meses, por tanto no sufrieron tantos daños como los monasterios de Poblet o Santes Creus.
El conjunto arquitectónico sigue, básicamente, los esquemas generales de los monasterios cistercienses, aunque los tres recintos iniciales, que estaban rodeados por una muralla que se desmontó en 1920, se alteraron para seguir los dictados del Concilio de Trento. Las edificaciones son de diferentes épocas y están organizadas en torno al Claustro. Su Scriptorium alcanzó gran fama. En su interesante biblioteca se conservan catorce códices del S. XIII, copiados e ilustrados por las religiosas, con una gran cantidad de documentos antiguos de gran interés para la historiografía comarcal y nacional. Relevante fue también su farmacia, que abastecía a todos los pueblos de la baronía con documentación del S. XV.
La Iglesia se construyó entre los S. XII y XIV, es de transición entre el románico y el gótico, es de planta de cruz latina, de una sola nave y cuatro tramos hasta el transepto, acabada en una cabecera de tres ábsides rectangulares, que se abren al crucero. La cubierta, de crucería ojival, fue construida probablemente a principios del S. XIV, en sustitución de la bóveda románica.
En la intersección de la nave, se alza un cimborrio de planta octogonal sobre trompas, que data del S. XIII. En los dos brazos del transepto hay sendas capillas absidiales cuadradas. También el ábside principal situado en la cabecera de la nave es cuadrangular liso. Sobre el segundo tramo de la nave se alza otro cimborrio, con ocho ventanales góticos calados y con cresterías de filigranas, que se transforma al exterior en una bella torre campanario de planta octogonal, marcadamente gótica y de una sorprendente originalidad y audacia arquitectónica ya que se apea en los muros laterales directamente. Fue construido durante el mandato de la abadesa Elisenda de Copons entre 1340 y 1348, hermana del abad de Poblet.
En el interior de la iglesia hay lápidas sepulcrales pertenecientes a las abadesas del monasterio y en el presbiterio están enterradas, la reina Violante de Hungría, la esposa de Jaime I, que murió en 1251 en el monasterio de Salas de Huesca, pero fue trasladada a Vallbona en 1275, siendo esa la fecha de la inscripción de su sarcófago. Ella había dispuesto, teniendo en cuenta el prestigio sus restos descansaran en él y al otro lado el de la hija de ambos, Sancha de Aragón, fallecida en Tierra Santa y trasladada al monasterio su sarcófago. Está colocado sobre tres columnas invertidas «a la funerala» en señal de duelo. Como en todas las iglesias cistercienses, está presidida por una imagen de la Virgen. Hay otro sepulcro perteneciente a Ferrer Alamany de Toralla y de su esposa Beatriz de Guimerà, del S. XIV. La imagen de él vestido de caballero con heráldica en su cota y la figura de ella, en un lateral, con hábito cisterciense y la representación de dos ángeles llevando las almas de los difuntos al cielo. En la capilla del Corpus Christi se halla la imagen de Santa María en piedra policromada, obra de Guillem Seguer. Del altar de esta capilla se conservan dos antipendios del siglo XIV en el MNAC de Barcelona.
El Claustro es de planta trapezoidal y cada ala pertenece a un estilo, de los S. XII al XV. Las bóvedas en todo el recinto del claustro son de crucería. La parte más antigua correspondiente al siglo XII es la panda sur, está realizada conforme a los austeros cánones cistercienses, consta de tres tramos formados por tres pilares y entre éstos, tres arcos de medio punto sostenidos por parejas de columnas con capiteles totalmente lisos.
La panda este también es románica, del S. XIII y está compuesta por cinco tramos divididos por cuatro pilares, bajo arcos de descarga apuntados y rosetones de ocho radios que se unen en el centro con dibujos de carácter islámico; se agrupan triples arcadas de medio punto sobre parejas de columnas y capiteles vegetales.
En ella se encuentra la capilla que guarda la Virgen del Claustro, una magnífica talla en piedra románica del S. XIII.
El ala norte es la más corta. Está formada por dos amplios huecos ojivales de tracería tipicamente gótica realizada durante el S. XIV. Y el ala oeste, la más reciente, es ya renacentista aunque retoma las antiguas formas románicas. Fue levantada por las abadesas de la familia Caldés en el S. XV, en los capiteles de las columnas se observan sus heráldicas.
A la sala capitular se accede desde el ángulo nordeste del claustro, a través de una puerta de estilo gótico. Fue construida bajo el mandato de la abadesa Anglesola en el siglo XIV, con una bóveda de crucería ojival. En su pavimento se encuentran varias lápidas sepulcrales de las antiguas abadesas de la comunidad, presidiendo esta sala se encuentra la imagen de la Virgen de la Misericordia, realizada en alabastro y atribuida al escultor Pere Johan.
Fuera del actual recinto, dos arcos de diafragma situados en la calle de La Abadía nos indican que allí estuvo la antigua bodega y desde el siglo XVI, forman parte del pueblo. Adosados al muro de la iglesia hay tres sarcófagos románicos. En ese lugar estaba situado el antiguo cementerio.