Lorsque l’évêque Hilaire mourut en 367, il fut inhumé à l’endroit où se trouve aujourd’hui l’église de Saint-Hilaire le Grand. Selon la tradition, un oratoire aurait été élevé sur le lieu où il avait vécu, autour duquel se forma une communauté de chanoines qui adopta la Règle de saint Augustin à la fin du XIᵉ siècle. On a parfois avancé que cette communauté existait déjà au VIᵉ siècle, mais les premières références au prieuré n’apparaissent que bien plus tard, avant qu’il n’obtienne le titre d’abbaye.
Les chanoines augustins s’y seraient probablement installés vers 1088, ce qui laisse penser qu’auparavant il s’agissait d’un chapitre sous la règle d'Aix-la-Chapelle. Au XIIᵉ siècle apparaissent les premiers noms de prieurs de la Celle, époque à laquelle on embellit l’espace et le lieu de culte dédié à saint Hilaire. À un moment donné, vers le XIVᵉ siècle, la figure de l’abbé apparaît ; jusqu’alors, seuls des prieurs étaient mentionnés. Durant la seconde moitié du XVIᵉ siècle, des travaux de réparation furent entrepris sur les bâtiments de la communauté, sans doute à la suite des dommages causés par les guerres de Religion.
En 1652, Saint-Hilaire de la Celle fut intégré à la congrégation de Sainte-Geneviève, situation qui perdura jusqu’en 1791, date à laquelle la Révolution entraîna sa fermeture. En 1820, le lieu fut repris par une communauté de carmélites, ce qui entraîna une profonde transformation des bâtiments. En 1956, les religieuses quittèrent les lieux, aujourd’hui propriété publique. L’église romane est toujours conservée, ainsi qu’un relief considéré comme un cénotaphe de saint Hilaire, œuvre du XIIᵉ siècle.
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