Osecký klášter vznikl na konci 12. století, v jeho posledním desetiletí. Přesné datum není známo, neboť proces založení byl značně komplikovaný a ne všechny jeho etapy lze datovat. Klášter prošel dvojím založením, po prvním, de facto nezdařeném, se již existujícího konventu ujal nový zakladatel, který mnichy převedl na své panství. Tímto druhým zakladatelem byl vysoce postavený šlechtic Slávek z rodu Hrabišiců, nejvyšší komorník Přemysla Otakara I.
Původně měl klášter vzniknout v Mašťově (nedaleko Chomutova), kam cisterciáky z opatství z Waldsassen, ležícího tehdy v Chebsku, pozval šlechtic Milhošť. Po několika letech, kdy mniši v Mašťově živořili, se konventu ujal Slávek, který jim vyhradil nové místo na jednom ze svých statků v severních Čechách, v Oseku. Důvodem, proč pro klášter vybral právě Osek, byla skutečnost, že se zde kromě sídla nacházela i rodinná hrobka Hrabišiců, tehdy nejvýznamnějšího českého šlechtického rodu. Na obvěnění nového opatství se také vedle Slávka podílela i řada jeho příbuzných, kteří mnichům věnovali jak statky, tak také různé platy, jež plynuly do klášterní pokladny. Na počátku 13. století, krátce po znovuzaložení opatství zahrnoval majetek oseckého kláštera čtrnáct vsí, díly dalších dvou osad a k tomu různé platy. Klášterní majetky se rozkládaly ponejvíce v okolí Oseka, v menší míře pak na Lounsku a Chomutovsku. Kromě půdy na české straně Krušných hor klášteru náležel i statky v dnešním Sasku. Pod ochranou nového zakladatelského rodu začal klášter rychle prosperovat. Jedno z nejslavnějších období oseckého opatství přinesla 30. léta 13. století, kdy v jeho čele stanul opat Slávek, vnuk stejnojmenného zakladatele. Kromě jiného tehdy vznikla proslulá kapitulní síň. Za opata Slávka došlo i k jedinému pokusu o získání vlastní filiace. Založení kláštera v Nížkově na Českomoravské vysočině však skončilo po pěti letech neúspěšně.
Konec 13. a počátek 14. století znamenaly ve středověkých dějinách kláštera vrcholné období. Přelom 13. a 14. století byl navíc též časem významných opatů, kteří moudře spravovali klášter. Dětřich III. (1276–1282), pozdější opat ve Waldsassenu, náležel k okruhu rádců Václava II. Také Konrád, jehož úřad v Oseku lze nejspíše vymezit léty 1286–1288, byl blízkým královým dvořanem a jeho přítelem. Nejednalo se totiž o nikoho jiného než o pozdějšího známého opata zbraslavského. Třetím z významných představených kláštera se stal Jan Grübel (1320–1322), pozdější opat ve Waldsssenu a přítel české královny Elišky Přemyslovny. Pro všechny tyto preláty Osek znamenal pouze zastávku na úspěšné cestě, místo, kde své kariéry začínali a odkud pokračovali do větších a slavnějších opatství. Přesto jejich zdejší působení nemůžeme podceňovat. Již skutečnost, že se Osek stal jakýmsi prubířským kamenem významných osobností, jistě ovlivnilo jeho mravní i intelektuální klima.
Za vlády Jana Lucemburského došlo k zásadní změně v právním postavení kláštera. Opatství, které dosud bylo soukromým šlechtickým založením, se stalo klášterem královským. Velkou proměnou prošla za prvního Lucemburka osecká ekonomika. Janovy finanční nároky spolu s celkově se zhoršující hospodářskou situací značně oslabily klášterní hospodářství. Během třiceti let, od roku 1310 do roku 1340 se opatství změnilo z prosperující instituce v ústav stojící na pokraji chudoby. Díky dobrému ekonomickému vedení kláštera však osecké panství vyšlo z této krize nezmenšeno a v následujícím období dokázalo poměrně rychle své síly regenerovat.
Po nástupu Karla IV. na trůn se hospodářská situace v Českém království začala postupně zlepšovat. Zlepšený hospodářský stav opatství pravděpodobně pomohl překonat těžkou dobu konce 14. a počátku 15. věku. Na rozdíl od většiny ostatních klášterů nepoznamenala krize osecké opatství tak silně. Husitským válkám však Osek neunikl. V červenci 1421 vojska Pražanů klášter dobyla a spálila jej. Ve chvíli přepadení byl osecký dům prakticky prázdný, neboť mniši pod hrozbou situace své opatství již dříve opustili. Zničením kláštera a současným rozchvácením řádového majetku skončila první etapa vývoje oseckého opatství.
Po několik desetiletí zůstal klášter opuštěn. Řeholní život se zde obnovil kolem poloviny 15. století, kdy se do pobořených budov vrátili první mniši. Chudý klášter byl zrušen v roce 1580 a jeho oproti předhusitské době značně zredukované statky připadly pražskému arcibiskupství. Arcibiskup Karel z Lamberka si Osek velmi oblíbil a často zde pobýval. Ve snaze zabezpečit toto místo arcibiskupství natrvalo, dal spálit část klášterního archivu. Naštěstí se podařilo zachránit důležitý kodex, v němž byla většina listin opsána, a tak řeholníci o své nároky nepřišli.
Cisterciáci se do Oseka vrátili v roce 1626, kdy jim byl objekt za arcibiskupa Jana Lohelia vrácen. Za opata Benedikta Litttweriga (1691-1716) došlo k hospodářské obnově opatství. Mimo jiné dal opat zřídit v Oseku jedny z prvních manufaktur v Čechách. Tehdy inicioval i velkorysou přestavbu klášterního areálu, jíž se ujal stavitel Octavio Broggio.
V 18. století se stal osecký klášter jedním z nejvýznamnějších cisterckých opatství v Čechách. Jako jeden z mála klášterů unikl zrušení za vlády Josefa II. Zrušen byl až po druhé světové válce. Nejprve zde krátkou dobu působili salesiáni, v roce 1950 byl v klášteře zřízen internační tábor pro řeholníky a roku 1954 charitativní domov pro přestárlé řeholnice. V roce 1991 byl klášter vrácen cisterciákům, kteří zde (v minimálním počtu) působili do roku 2010. Vzhledem k malému zájmu o vstup do řádu se řeholní komunitu v Oseku nepodařilo udržet. V současné době je klášter bez mnišského konventu a spravuje jej podle rozhodnutí řádu litoměřická diecéze. Za pomoci Kruhu přátel kláštera Osek. O prohlídky i jiné kulturní akce se stará Městské informační středisko.