Hacia el año 1025 Oliba, abad de Ripoll y obispo de Vic, destacó un grupo de monjes para que se establecieran en la pequeña iglesia de Santa María de Montserrat, como casa y priorato dependiente de Ripoll. Los monjes de Santa Cecilia hacía setenta y cinco años que existían y su monasterio era independiente y tenía título abacial. Poco después los de Santa María de Montserrat reconstruían la iglesia y también los de Santa Cecilia modificaron la suya añadiéndole tres ábsides con arcuaciones y fajas lombardas. Posteriormente engrosaron los muros para cubrir la iglesia con bóveda de cañón.

Mientras que el vecino monasterio de Santa María de Montserrat crecía y se hacía famoso por la enorme afluencia de peregrinos atraídos por la santa imagen, el de Santa Cecilia solamente subsistía. Su decadencia se hizo patente en el siglo xiv, cuando su principal función fue el ejercicio parroquial y el monasterio se convirtió en lugar de parada de los peregrinos que se dirigían a Santa María.

La decadencia del monasterio de Santa Cecilia de Montserrat tocó fondo cuando los abades nombrados ya no eran monjes, sino eclesiásticos externos que ostentaban el título y cobraban las rentas del monasterio.

El papa Julio II, que había sido abad comendatario de Santa María de Montserrat, emitió un decreto que agregaba perpetuamente el monasterio de Santa Cecilia al de Montserrat, hecho efectivo en 1537. A partir de ese momento en Santa Cecilia solo vivía un cura que hacía las funciones de un rector de parroquia.

En 1811 el general Suchet ordena la destrucción de Montserrat, que se había convertido en símbolo de la resistencia contra la invasión napoleónica. En aquella ocasión devasta también la iglesia de Santa Cecilia de Montserrat.

En 1866, superadas las leyes de desamortización y supresión de religiosos, el abad de Montserrat Miquel Muntadas (1809-1885) encargó la restauración de Santa Cecilia al arquitecto Francesc de Paula Villar Lozano (1828-1903), que reparó los graves daños del edificio y rectificó la secular desfiguración de la iglesia. Se reconstruyó el absidiolo izquierdo, se tapó la puerta espuria que habían abierto en el ábside central y se volvió a hacer practicable la puerta original de la entrada. Sin embargo, el exterior y el conjunto de Santa Cecilia seguían ofreciendo el aspecto de un edificio abandonado, lo cual solventó la restauración de Puig i Cadafalch en 1928-1931