El origen de este conjunto monástico (1399) se remonta a la concesión, por parte de Martin I, del antiguo palacio real de Valldemossa a los cartujanos de la orden de San Bruno, para que crearan un monasterio bajo la advocación de Jesús de Nazaret. El palacio, conocido popularmente como palacio del Rey Sancho, fue construido en tiempos de Jaime II (principios del siglo XIV) siendo consolidado durante el reinado de su hijo Sancho. 

Con la donación real (1399) hecha a los cartujos se inició la transformación del palacio en monasterio, prolongándose las obras en distintas etapas hasta el siglo XVII. La iglesia se edificó (1434-1475) sobre el emplazamiento de la cocina palaciega y, años más tarde (1505-1626), se terminaron los trabajos del claustro mayor, situado alrededor del cementerio que ocupaba la antigua plaza del palacio. A éste le seguiría un segundo claustro (1670), llamado de Santa María.

Tras una incursión pirata se erigieron (1553) dos torres defensivas de diferente altura, ubicadas a ambos extremos del monasterio. Actualmente subsiste parte de la menor, convertida en vivienda y localizada junto al jardín de la que fue celda prioral. La torre mayor se mantiene íntegra, con la barbacana, aspilleras y tejadillo de cuatro vertientes, situada al lado de la entrada al monasterio. El anexo conocido como “infierno”, destinado a las mujeres familiares de los monjes, fue realizado en 1676.

La dilatada cronología constructiva y el proceso de adaptación de un edificio civil a usos religiosos, junto a la insuficiencia de espacio, obligó a una nueva edificación, cuyo primer proyecto (1718) fue un diseño inspirado en la cartuja barcelonesa de Montealegre. La intervención del arquitecto J. De Aragón (1751) determinó el diseño final como iglesia conventual, bendecida en 1812.

La larga trayectoria histórica de este monasterio puede seguirse al hilo de la permanencia de sus principales núcleos constructivos: de la primera fase (hasta el siglo XVII), subsiste el claustro de Santa María y sus celdas, así como las dos torres defensivas. Del siglo XVIII destaca la construcción (1723-1725) de la farmacia, hoy instalada en una de las antiguas capillas del patio de los Mirtos, con una colección importante de tarros de cerámica catalana,vidrios mallorquines, útiles originales (siglo XVIII), como balanzas, morteros o retortas, etc.

La iglesia (siglo XVIII) se articula conforme a una planta de cruz latina, cuyo brazo longitudinal dispone de cuatro tramos cubiertos por una bóveda de medio cañón con lunetos. La zona del crucero está coronada por una cúpula sobre pechinas. A los pies del templo se ubican sendos coros, uno para los legos y otro para los monjes. De acuerdo con la tradición cartuja, tras el presbiterio se sitúa una pequeña capilla, dedicada al Sagrario, de traza elíptica y cubierta cupular. La autoría del diseño constructivo se adjudica a J. de Aragón y a fray Miquel de Petra, junto al italiano Jacinto Cocchi, mientras que en lo ornamental destacan las intervenciones de Adrià Ferrán, Josep Folch y Manuel Bayeu.

En alzado, destaca el sistema de pilastras con capiteles compuestos y el cornisamento de amplio vuelo con modillones. Los muros están revestidos de estuco blanco, contrastando con los zócalos de las pilastras de mármol gris y las pinturas al fresco realizadas (finales del siglo XVIIl - principios del siglo XIX) por fray Manuel Bayeu, de la cúpula y bóveda que aluden, respectivamente, a Cristo triunfante acompañado de representaciones bíblicas y de a las siete virtudes, y a repertorios marianos.