Malgrat que no és fins l’any 902 que es troba la primera referència directa a aquest monestir, la tradició situa la seva fundació en època molt més reculada. Antonio de Yepes a la seva Coronica general de la orden de San Benito publicada el 1609, indica que Cardeña fou fundada l’any 537 per monjos vinguts d’Itàlia en època de Benet de Núrsia (c480-d547) i que seria el primer monestir benedictí de la península. Altres narracions situen aquesta fundació en èpoques més properes, com ara en el segle VIII. Sense descartar completament un origen molt antic, Cardeña hauria estat fundat, o refundat, durant el regnat d’Alfons III d'Astúries (866-910) i fou protegit pel mateix monarca. És en aquest context que el 902 el comte Gonzalo Téllez va fer una donació al monestir. Cardeña s’hauria desenvolupat de manera força ràpida, el que li hauria permès la seva participació en la fundació del monestir de San Martín de Albelda (La Rioja), cap el 924. Hom coneix també que l’any 934 el monestir fou atacat i destruït en el decurs d’un ràtzia encapçalada per Abd al-Rahman III, fet en el que hi van perdre la vida monjos de la comunitat, que les cròniques posteriors xifrarien en 200, que tindrien la consideració de màrtirs.

Es recuperaria amb rapidesa de la sotragada gràcies al suport econòmic de la noblesa especialment del comte Ferran González (c930-970) que hom relaciona també amb la recuperació de San Pedro de Arlanza (Burgos) i altres monestirs. A banda de la noblesa i la monarquia també fou un lloc privilegiat per l’autoritat episcopal, hom considera que alguns dels bisbes de Burgos havien sigut monjos de Cardeña. A cavall dels segle X i XI la casa aniria adquirint prestigi i poder malgrat sofrir també algunes incursions islàmiques. Entre els anys 1056 i 1086 va governar el monestir l’abat Sisebut, època que hom considera que fou la més prestigiosa i pròspera fins el punt que més endavant aquest abat adquiriria la consideració de sant. La tradició del monestir el vincula també amb la figura de Rodrigo Díaz de Vivar, el Cid, al voltant del qual més endavant es teixiria la seva llegenda. El Cid va morir a València el 1099 i fou enterrat a la catedral d’aquella ciutat però després el seu cos seria traslladat a Cardeña, on es conserva el seu cenotafi.

Amb el segle XII arribaria una època d’estancament i decadència, fins al punt de que el 1142 va quedar vinculat a Cluny com a priorat seu però pocs anys després recuperaria la seva independència. D’aquesta època es conserva, encara que desmembrat i repartit en diversos museus, el Beatus de San Pedro de Cardeña que hom situa cronològicament en el darrer quart del segle XII. Durant el segles XIII i XIV la situació del monestir no va millorar i el 1502 va ingressar a la Congregació Benedictina de Valladolid. El monestir va mantenir la seva activitat fins la supressió a causa de la desamortització de 1835 quan va quedar sense activitat monàstica durant molts anys, tot i que hi van haver intents de recuperació de l’activitat religiosa. A l’època de la Guerra Civil el monestir va servir de lloc d’internament de presoners i un cop va deixar aquesta funció, el 1946 hi va arribar una nova comunitat monàstica, trapenca, que encara es manté activa a Cardeña.