Az Árpád-kor egyik legnagyobb hatalmú nemzetsége, a Csák nemzetség volt a sűrű erdőkkel borított, vadban gazdag Vértes térségének birtokosa. Csákvár lehetett a hatalmi központjuk. Először egy birtokadomány kapcsán fordul elő a kolostor neve (1146). A 12. század első felében épült legkorábbi bencés kolostort sánc és árok övezte. Az egyenes szentélyzáródású templomot, és a délről hozzá csatlakozó kolostor épületét az 1964-1971 között Kozák Éva vezetésével végzett régészeti ásatás során találták meg. A 13. század elején a Csák nemzetség legtekintélyesebb tagja, Ugrin, akiesztergomi érsek (1203). A család másik tagja, Miklós pedig több megye ispánjaként II. András király hűséges embere volt. Ők lehettek azok, akik fölépítették az új, pompás, a Szent Kereszt tiszteletére szentelt templomot és kolostort, amelynek romfalai ma is magasan állnak. A legalább két évtizeden keresztül elhúzódó építkezések során több kőfaragó és építő műhely is dolgozott itt. A templomtól északra épült föl a kolostor négyszöge. A fehér kváderköveket, a pompás faragványokat látva nem vitás, hogy a 13. század egyik legnagyszerűbb kolostora épült föl a Vértesben, amelyet bizonyára legalább egy tucatnyi szerzetes lakhatott.

A 14. század elején a Csákok hatalma erősen lehanyatlott, váraik, birtokaik, így az apátság is I. Károly király kezére került. Támogatta az apátságot, s bizonyára többször föl is kereste a Vértesben vadászgatva Nagy Lajos király (1342-1382).Luxemburgi Zsigmond király (1387-1437) adományaként a Vértes vidék várainak zálogbirtokosai, s egyben az apátságkegyurai a Rozgonyiak lettek, majd a 15. század második felében az Ujlakiak léptek örökükbe. Az apátsággal nem sokat törődtek, elszegényedett. Ujlaki Miklós azt kérte a pápától, hogy a romos, szinte lakhatatlan építmény a bencések helyett hadd kaphassák meg a pálos szerzetesek (1475). Mátyás király folyamodványa eredményeképpen végül a domonkosszerzetesek vehették birtokukba (1478). Amikor Tata vára török kézre került (1543), a szerzetesek elmenekültek, a kolostor gazdátlanná vált.

A térség 1687-es fölszabadítása után alkalmi kincskeresők bolygatták a romot, majd építkezésekhez kezdték elhordani köveit. A 19. században figyeltek föl rá, de csak 1940-ben kezdték területét megtisztítani, s ekkor végeztek kisebb feltárásokat. Az 1964-ben megkezdett régészeti munkák után az 1980-as években került sor állagmegóvásra-helyreállításra, ami évtizedekig tartott. A régészeti leletanyag válogatott darabjai, a legszebb faragott kövek a tatai Kuny Domokos Múzeumállandó kiállításán láthatók. Az Esterházy család tatai angolkertjében álló műromba az apátsági épületek 24 faragott részletét foglalták bele.

A Vértesszentkereszt elnevezés a 19. századból származik. A középkori oklevelekben Szent Kereszt, Udvarhely, Keresztur néven írtak róla.