Se trata de una fundación efectuada en 1243, gracias a la iniciativa del conde Rodrigo Fernández de Valduerna y su esposa, Teresa Flores. Inicialmente, el establecimiento era masculino, estaba ocupado por canónigos premonstratenses y dependía del monasterio de Santa María de Aguilar de Campoo (Palencia). Fue una casa modesta, su época de máxima pujanza fue entre los siglos XIV y XV, después pasaría a estar regida por abades comendatarios, lo que no ayudó a su desarrollo y agravó su situación.
En 1511, se produjo un cambio en el seno del monasterio, en un acto de nepotismo, la comunidad masculina fue sustituida por una de canonesas, procedentes de Santa Sofía de Toro en lo que parece una maniobra preparada, ya que la abadesa de Santa Sofía y el último abad de Villoria (fallecido en 1505) eran hermanos. Llegaron siete canonesas de Toro y la reducida comunidad masculina se distribuyó en varios monasterios de la orden. De manera análoga, ese mismo año, Fernando de Colmenares abad de Aguilar, nombró a su hija Mencía como abadesa de Villoria.
En 1522 Fernando y Mencía fueron expulsados por el abad de Retuerta, dejando esta casa como simple priorato. En 1531 el establecimiento monástico recuperó el título de abadía y se recuperó la situación, volviendo al régimen de abadesas trienales y abandonando el régimen comendatario con abadesas vitalicias. En 1665 sufrió un incendio que obligó a las canonesas a dejar el monasterio para refugiarse en el palacio episcopal de Astorga del que dependían. No pudieron regresar hasta 1774.
Con la desamortización, perdieron sus propiedades, pero pudieron mantener la comunidad y todavía sigue activo. Acogieron temporalmente a dos comunidades cistercienses exclaustradas, entre 1867 y 1871 las monjas de Santa María de Carrizo, y también las de Otero de las Dueñas, hasta 1882, cuando se incorporaron al monasterio de Gradefes. La iglesia y el conjunto monástico conservado es de la época de su reconstrucción (1772-1776).
- CAVERO, Gregoria, coord. (2021). Villoria de Órbigo y los premonstratenses, 900 años de la fundación de Norberto de Xanten. Universidad de León
- FERNÁNDEZ DEL POZO, José María (1985). Un monasterio leonés desconocido. Tierras de León, núm. 60
- FERNÁNDEZ DEL POZO, José María (1987). La desamortización de los bienes del monasterio de Santa Martía de Villoria de Orbigo. Tierras de León, núm. 69
- LÓPEZ DE GUEREÑO SANZ, María Teresa (1997). Monasterios medievales premonstratenses. Reinos de Castilla y León. Junta de Castilla y León
En Villoria de Órbigo, al sur de Hospital de Órbigo