L'ancienne abbaye de Fontguilhem est fondée en 1124, entre les vallées du Lisos et du Barthos, à proximité de la Fons Gallia ou Fons Guilhem source encore existante. Fille du monastère de Gondon, dans l'Agenais, l'abbaye témoigne de l'implantation cistercienne dans le Bazadais. Bertrand de Ségur, son premier abbé, meurt en 1137.

L'établissement monastique bénéficie de l'intérêt que lui portent à la fin du XII^ème et jusqu'au début du XIII^ème siècle les rois d'Angleterre, ducs d'Aquitaine. Richard I^er Coeur de Lion, qui séjourne à Fontguilhem en 1190, prend l'abbaye sous sa protection et lui cède de nombreuses terres. Jean sans Terre, à son tour, lui accorde sa protection.

Puissante et prospère, l'abbaye se développe jusqu'au XIVème siècle. À cette époque, le pape Clément V aide à la reconstruction de l'église et du cloître. Mise à mal durant la guerre de Cent Ans et les guerres de religion notamment, l'abbaye est reconstruite aux XVII^ème et XVIII^ème siècles, sur les vestiges des bâtiments monastiques romans.

Durant l'ancien régime, l'abbaye est utilisée comme carrière de pierre, et bien des maison de Grignols lui doivent leurs murs et leurs décorations. Les quelques moines demeurant à Fontguilhem au début de la Révolution occupent le batiment unique actuel, réduit d'un tiers par un incendie à la fin du XIX^ème siècle. Outre cet édifice, il subsiste de l'ancien établissement le dessin de l'ancien cloître, fermé à l'Est par un bâtiment de ferme, et la modeste chapelle romane, sans doute celle de l'abbaye au XVIII^ème siècle.

Rachetée comme bien national durant la Révolution par le juge de paix du canton, l'abbaye demeure, par succession, dans la même famille jusqu'en 1991.

Elle a été inscrite au titre des monuments historiques en 1993.