L'abbaye des Vaux-de-Cernay est fondée en 1118 par un groupe de moines dans un site donné par Simon et Eve de Neauphle à la congrégation normande de Savigny, près d'Avranches. En 1147, avec l'ensemble des abbayes de la congrégation, elle est rattachée à Cîteaux.
Comblée de dons par tous les seigneurs des environs, l'abbaye connaît une période de grande prospérité aux XII et XIII siècles. Pierre des Vaux de Cernay, un de ses moines, est le chroniqueur des croisés lors de la croisade des albigeois. L'un de ses abbés, Thibault de Marly, élu en 1235 et mort en 1247, est canonisé en 1261 et ses reliques suscitent des pèlerinages. Lors de sa fondation en 1204, Port-Royal-des-Champs est d'abord un prieuré rattaché aux Vaux-de-Cernay, avant de s'en affranchir.
Au XIV siècle la vie intellectuelle et matérielle de l'abbaye ralentit. Au XV siècle, après la Guerre de Cent Ans les bâtiments sont abandonnés.
L'abbaye est donnée en commende au XVI siècle. La galerie sud et le cloître sont alors reconstruits. L'abbaye est restaurée au XVII siècle et des travaux considérables sont entrepris au XVIII siècle. Mais après la Révolution française, en 1791, les biens mobiliers et immobiliers de l'abbaye sont vendus comme biens nationaux. Les bâtiments sont utilisés comme carrière de pierre et tombent progressivement en ruine.
En 1873, le parc et les bâtiments sont acquis par la baronne Nathaniel de Rothschild. Celle-ci entreprend de reconstituer et de restaurer le domaine. Elle y fait remonter la grille d'entrée, chef-d'œuvre de ferronnerie du XVIII siècle sur un dessin de Contant d'Ivry, provenant de son château d'Arnouville à Arnouville-lès-Gonesse, dont elle fait également enlever pour les faire remonter aux Vaux les ferronneries de l'escalier d'honneur. Elle fait relever les bâtiments. Après sa mort en 1899, le domaine passe à son petit-fils, Henri de Rothschild, connu comme auteur dramatique sous le pseudonyme d'Henri Pascal.
Après la mort de ce dernier en 1946, le domaine est racheté par l'industriel Félix Amiot, constructeur d'avions, qui y installe ses bureaux d'études.
En 1988, le domaine est racheté par le groupe Savry, dirigé par Philippe Savry, spécialisé dans les hôtels installés dans des bâtiments historiques (citadelle Vauban de Belle-Île-en-Mer, château d'Ermenonville...). Celui-ci transforme l'abbaye en un hôtel-restaurant qui ouvre ses portes l'année suivante. Aujourd'hui, le domaine regroupe trois hôtels.
