La edificación de la cartuja se inicia el año 1433, siendo prior Domingo Bonafé. La construcción se realizó de acuerdo con la tipología y los usos de la Orden, con el fin de que los monjes pudieran desarrollar su ideal de vida espiritual a medio camino entre el eremitismo y el cenobitismo.
Al igual que el resto de cartujas, el conjunto se articula alrededor de tres grandes áreas, cada una de ellas con una función específica. El área cenobítica, donde los monjes desarrollan su vida comunitaria, está compuesta por: la iglesia (edificada entre los años 1433-63, con una portada añadida en 1623), el refectorio, la sala capitular y una serie de capillas. Todo este conjunto se distribuye alrededor de un pequeño claustro («claustrillo») denominado «de recordatione».
A su vez, la vida eremítica gira entorno a dos grandes claustros que acogen un total de 30 celdas. El primer claustro, finalizado el año 1448, consta de 16 celdas y la prioral. El segundo, con 13 celdas, se añadió en 1636 y, a pesar de los años transcurridos desde la construcción del primero, se ejecutó siguiendo el mismo estilo y con las mismas características que aquel.
Las celdas son pequeñas casas, de planta baja y buhardilla, con un pequeño jardín donde los monjes, aislados en soledad y silencio, llevan a cabo su vida de ermitaños, dedicados fundamentalmente a la oración y también al trabajo manual e intelectual.
El área de servicios, denominada de la procura o de las «obediencias», viene a completar el conjunto y consta de: portería, celdas de los hermanos, cocina, farmacia, talleres, almacenes, etc. Fray Juan de Nea, – o de Enea – que fué procurador desde 1423 a 1459, dirigió las obras iniciales y muy probablemente es el autor del proyecto definitivo de la cartuja.
La rica decoración, principalmente pictórica, que recubría sus muros, fué obra de Luis Pascual Gaudin, Joaquín Juncosa, Antonio Viladomat y Cayetano Tegel entre otros, y se perdió como consecuencia de la desamortización de 1835. Lo mismo sucedió con el retablo del altar mayor de la iglesia, obra de Jerónimo Carbonell, y el San Bruno de la sala capitular, realizado por Damián Campeny, entre otras importantes obras artísticas.
El conjunto resulta monumental, más que por el volumen de sus edificios por la repetición de elementos (celdas). Está construído, de acuerdo con las características de la Orden Cartujana, con una gran racionalidad y funcionalidad y, en su mayor parte, en un estilo gótico sencillo y austero. Especialmente son de destacar los claustros por su grandiosidad y por la singularidad constructiva de las bóvedas. El siglo XVIII fué una época de ampliaciones, reformas y nuevas construcciones, como la hospedería del patio de honor edificada en 1736. Todas ellas son obras que mejoraron y enriquecieron artísticamente el conjunto.
Como consecuencia de la desamortización la comunidad se vió obligada a abandonar el monasterio y una parte de las edificaciones, entre ellas la iglesia, fueron incendiadas. Desde 1868 a 1884 y del 1898 a 1902 se restauró y amplió todo el conjunto que adquirió su fisionomía actual.