La mayoría de los especialistas consideran la incorporación del monasterio a la orden del Cister en el año 1142, basándose en un supuesto privilegio otorgado por Alfonso VII, en el que hace entrega a la abadía del coto de Melón. El 28 de diciembre de 1155, el mismo Alfonso VII concede al Monasterio de Santa María de Bárcena y a su abad Giraldo, el monte Veduego y Vaisti.
Existe una idea generalmente admitida de que el primitivo monasterio de Melón no se hallaba en el lugar actual, sino en Bárcena, lugar cercano a Melón, donde años más tarde se trasladarían los monjes, adoptando, al mismo tiempo, el nombre del nuevo lugar. Parece que en Bárcena existía previamente un asentamiento benedictino desde el siglo X y que este sería el que recibiría las donaciones de Alfonso VII. Melón podría ser, por tanto, una adhesión cisterciense de un monasterio primitivo benedictino que posteriormente cambiaría su localización. Sin embargo, no es hasta 1158 cuando existe una primera mención del monasterio de Melón en un documento en el que la condesa Fruela Fernández dona al Monasterio de Santa María de Melón y a su abad Álvaro la heredad de Fragoso, siendo la advocación de Santa María la que hace pensar en que se tratara de un cenobio cisterciense, y que el monasterio de Bárcena sería otro distinto que posteriormente se uniría al monasterio de Melón. Por tanto, lo más probable es que Melón sea una fundación y no una anexión, y que fuese de la rama de Clairvaux.
El nuevo monasterio recibió muchas donaciones por parte de Fernando II y su sucesor Alfonso IX. Posteriormente, tras la unión de los reinos de León y Castilla, Fernando III confirmará las donaciones de sus antepasados, lo que, junto a las múltiples donaciones de particulares, convirtió a este monasterio en uno de los más grandes, no solo en el ámbito gallego, sino en toda la península.
Melón tuvo una gran importancia desde el punto de vista espiritual, recibiendo múltiples anexiones. Además del citado de Bárcena, se unieron también San Miguel de Cans y, posteriormente, San Clodio, Acibeiro y posiblemente también A Franqueira, ya que estuvo sujeto a esta casa durante años.
Tras la incorporación a la Congregación de Castilla, se produjo de nuevo la reforma de los edificios, lo que supuso la destrucción del claustro medieval, su sustitución por un claustro reglar y la construcción de otro en la hospedería, de las mismas características que el del vecino Monasterio de San Clodio. La desamortización supuso el abandono del monasterio y su progresiva ruina.
El Monasterio de Santa María de Melón cuenta con dos claustros. En el lienzo septentrional del claustro principal se encontraba la Celda Abacial, con otras piezas, todas con balcones voladizos. A poniente se situaban cinco celdas para oficiales y huéspedes, mientras a naciente se hallaban otras tres piezas dedicadas a la servidumbre. El lienzo meridional contaba con otra Celda Abacial, la del invierno, con cinco balcones, un cuarto para el criado y una celda para el mayordomo o cillerero.
Por debajo de esas dependencias se extendían un par de paneras, al norte; un cuarto para criados y dos caballerizas, al oeste; dos celdas para el cura y el portero y un cuarto para los carreteros, al sur; por último, al este, una bodega. En el Claustro Reglar se disponían la cocina, el refectorio, el coro, la Sala Capitular y el dormitorio, con una biblioteca a su izquierda y un calefactorio, con entrada al archivo, a su derecha. El dormitorio alto contaba con veintitrés celdas; el bajo con trece, más las seis correspondientes al noviciado.
En la actualidad, el monasterio se encuentra invadido por la maleza, con piezas diseminadas o amontonadas (capiteles, fragmentos de columnas y motivos ornamentales) en diversas partes del terreno. Se comenzó a llevar a cabo una restauración, pero, actualmente, el monasterio se encuentra en un estado de abandono total. Se conservan los arcos del claustro de la hospedería, algunos fragmentos de la bóveda del claustro regular y algunas otras estancias. Cuenta con la denominación de Bien de Interés Cultural.
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