A ses débuts, cette fondation qui compte douze clercs et trois convers établit un petit prieuré au fond de la combe de Plombières, sur des terres cédées par Garnier, seigneur de Fontaine. Dans leur maison, ils donnent l'instruction aux jeunes fils des seigneurs du voisinage, lesquels sont naturellement des bienfaiteurs du Prieuré. Parmi eux, figure Calon de Saulx, mort en 1272 et enterré à Bonvaux.
Dès le XIIIe siècle, le monastère connait ses heures de faste. Les donations abondent et de nombreux aménagements sont entrepris dont un cloître roman en 1215, et l'église de style ogival au XIVe siècle.
Passé sous le régime de la commende, le monastère, qui accueille nombre de pèlerins autour de ses deux sources consacrées, prospère jusqu'en 1516 puis périclite.