Dès 1840, grâce à l'action de Prosper Mérimée, inspecteur général des Monuments historiques, l'ancienne abbaye de Fontevraud figure sur la première liste nationale de classement des monuments historiques. Progressivement, le cloître en 1860, le réfectoire en 1882, la tour d'Évrau et l'église abbatiale au début du XXe siècle sont libérés de leur affectation et ont commencé à être restaurés. De la fermeture en 1963 à la fin du XXe siècle, les chantiers de restauration presque ininterrompus lui ont donné l'aspect que le visiteur découvre désormais. Elle a conservé une étonnante cuisine ronde dont le toit est surmonté d'une cheminée centrale et d'un cercle de cheminées plus petites.
Aucune communauté religieuse n'étant susceptible de faire revivre l'abbaye, le Centre culturel de l'Ouest est fondé en 1975. Son but est « la défense, le développement, l'animation et la promotion de l'abbaye de Fontevraud ». Cette association organise des classes du patrimoine, des manifestations artistiques, des stages d'initiation aux métiers d'art, au chant, et accueille des congrès, principalement axés sur l'Angleterre, l'architecture et le chant choral.
L'Abbaye royale de Fontevraud, centre culturel de l'Ouest est membre du réseau européen des centres culturels de rencontre. (40 membres au début du XXIe siècle en Europe)
Le 2 novembre 1789, les biens du clergé ont été déclarés biens nationaux. Les religieuses évacuèrent l'abbaye à l'automne 1792, Julie-Gillette de Pardaillan d'Antin, la dernière abbesse, quitta l'abbaye la dernière, le 25 septembre 1792.
Le 18 octobre 1804, Napoléon Ier signe un décret qui transforme l'abbaye en établissement de détention, ainsi que celles de Clairvaux et du mont Saint-Michel. Les travaux de conversion, confiés à l'ingénieur des Ponts et Chaussée Normand, s'échelonnent de 1806 à 1814. Des réaménagements successifs seront apportés jusqu'à la fermeture de la prison, le 1er juillet 1963, sans toucher à l'essentiel des structures. Ces travaux ont vraisemblablement sauvé les bâtiments de la ruine, contrairement à ce qui s'est passé par exemple pour Cluny ou Jumièges.
Conçue pour recevoir 700 prisonniers, la centrale en a reçu jusqu'à 1 600 en 1942 (dont 350 femmes et 100 enfants) et 1 200 en 1943. Fontevraud fut considérée comme la centrale pénitentiaire la plus dure de France, avec celle de Clairvaux, comparable au bagne. On y comptait, en moyenne, deux décès par semaine. Les ateliers fabriquaient notamment des boutons, à partir du nacre des coquillages, des gants, des filets, des couvertures pour l'armée. Cette véritable manufacture assurait également la transformation du chanvre et du lin. La plupart des détenus sont évacués à la fermeture de la prison, sauf une quarantaine, employés à l'entretien des espaces verts et à la démolition des installations pénitentiaires. Ils quittent définitivement la prison résiduelle, le quartier de La Madeleine, en 1985, date à laquelle les lieux sont rendus à la « vie civile ».
Fontevraud a inspiré Jean Genet dans son roman "Le miracle de la rose" bien qu'il semble n'y avoir jamais séjourné. Les registres d'écrou de la maison centrale conservés aux Archives départementales de Maine-et-Loire ne signalent pas la présence de l'écrivain.