Fontenay wurde im Jahr 1118 vom heiligen Bernhard von Clairvaux als Tochterkloster (Filiation) der Primarabtei Clairvaux gegründet. Der Bau ist ein Manifest der strengen zisterziensischen Romanik und entspricht weitestgehend dem Originalzustand. Fontenay entwickelte sich schnell zu einem führenden geistlichen Zentrum der Region: die Mönche fertigten wertvolle Handschriften und erzielten Erfolge in der Medizin und Heilkunde des Hochmittelalters. Im 13. Jahrhundert wohnten Hunderte Mönche in Fontenay.
Mit der Französischen Revolution 1789 endete das Klosterleben: 1791 verließen die letzten neun Mönche Fontenay. Nach dem Verkauf richtete Élie de Montgolfier eine Papierfabrik in den Gebäuden der Abtei ein, die Basilika war zusehends von Verfall bedroht.