Sus orígenes se remontan, según algunos expertos, al siglo VII, aunque se vería afectado por la invasión musulmana, siendo restaurada la vida monástica por Alfonso III durante la Reconquista en el último tercio del siglo IX como un cenobio benedictino, convirtiéndose en el primer priorato cluniacense, por merced de Alfonso VI en 1073.

Sí se conservó, no obstante, una iglesia dedicada a San Martín dentro del coto redondo perteneciente al monasterio, que ejercía como parroquia de la pequeña población conformada por los diferentes sirvientes y trabajadores que servían a la comunidad monástica.

Desconocemos que ocurrió con esta primigenia iglesia, pero seguramente desaparecería afectada por la construcción del canal de Castilla o de la vía férrea que transcurre por las inmediaciones donde se debió ubicar.

Cabe destacar, así, que en torno al propio monasterio se formó un amplio señorío jurisdiccional, conocido como Coto Redondo de San Isidro, sobre el que el abad poseía atribuciones jurisdiccionales.

Limítrofes a este coto se encontraban otras dos propiedades que suponían una ampliación del mismo: la Huelga de Santa María del Remolino, al otro lado del río Pisuerga, frente al monasterio, que se extendía hasta el límite con Tariego, y el llamado Soto Blanco, motivo de disputa con el próximo monasterio de Calabazanos.

También poseyó otros bienes más distantes como es el caso del convento de San Miguel de Mediavilla en Medina de Rioseco, fundado en 1132 cediéndoselo a San Isidro, quienes posteriormente, en 1424, lo cederían a censo a una cofradía que se estableció en dicha iglesia, o San Boal del Pinar en Cuéllar, donado por los condes Pedro Ansúrez y su mujer Eylo en 1112.

Será durante esta etapa cuando tenga lugar la reforma del monasterio, en el siglo XI d. C., en un estilo artístico extendido también por toda la Europa occidental, el románico, del que solo se conserva el exterior de la iglesia, portada, cimborrio y cabecera, pero que nos permite constatar que siguió un modelo de influjo francés al igual que otros ejemplos próximos geográficamente como San Martín de Frómista o San Zoilo en Carrión de los Condes.

Tras el incendio, se llevó a cabo la gran reforma clasicista, cuyo edificio es el que podemos contemplar hoy en día.

En este monasterio está enterrado San Rafael Arnáiz Barón, monje cisterciense del primer tercio del siglo XX, canonizado por Benedicto XVI en 2009 y a quien está dedicada una capilla.

El monasterio se conoce popularmente como «La Trapa», y es reconocido como lugar de recogimiento y por su receta en la elaboración del chocolate, labor que ya no desempeña desde el año 1960, cuando se realizó la venta de la fábrica (véase también: Historia del chocolate en España).