Bei Ausgrabungen in den Jahren 1905-15 wurden Spuren einer Kirche aus dem 5. Jahrhundert entdeckt, die diese frühe Datierung bestätigen. Im 6. Jahrhundert wird ein Abt Florianus erwähnt, der Abt des Klosters von Romeno war, was wahrscheinlich eine Anspielung auf Romainmôtier ist. Das frühe Kloster verfiel und wurde von Herzog Chramnelenus wiederaufgebaut. Dieses wiederaufgebaute Kloster wurde 642 unter die Klosterherrschaft des Heiligen Columbanus gestellt. Die Kirche aus dem 5. Jahrhundert wurde vergrößert und im 7. Jahrhundert wurde eine zweite Kirche mit einem rechteckigen Chor gebaut. Die zweite Kirche wurde an der Südseite der ersten Kirche errichtet. Papst Stephan II. besuchte das Kloster im Jahr 753 auf seiner Reise zu einem Treffen mit Pepin dem Kurzen und weihte der Überlieferung nach die Kirchen der Heiligen Peter und Paul. Im 9. Jahrhundert erlebte Romainmôtier eine weitere Phase des Niedergangs. Laienäbte nahmen das Kloster in Besitz. Im Jahr 888 schenkte der Welfenkönig Rudolf I. von Burgund das Priorat und seine Ländereien seiner Schwester Adelheid, der Frau des Herzogs von Burgund, Richard II. Am 14. Juni 928/929 schenkte Adelheid das Kloster und seine Ländereien der Abtei Cluny. Unter der Abtei Cluny erlebt das Priorat Romainmôtier seine dritte Blütezeit. Abt Odilo von Cluny, der mehrmals in Romainmôtier residierte, ließ Ende des 10. Jahrhunderts die heutige Kirche errichten. Diese Kirche wurde nach dem Vorbild der zweiten Kirche der Abtei von Cluny gebaut. Zu Beginn des 12. Jahrhunderts wurde die Kirche durch den Bau eines kunstvollen Narthex und im 13. Jahrhundert durch ein Torhaus verändert. Die letzten Veränderungen an der Kirche wurden 1445 vorgenommen. Nach einer Finanzkrise im 14. Jahrhundert erholte sich das Kloster und erreichte Ende des 14. und Anfang des 15. Jahrhunderts den Höhepunkt seiner Macht. In der Mitte des 15. Jahrhunderts ging es in die weltlichen Hände der Savoyer und ihrer Partner über. Die Einkünfte der Abtei wurden zu einer persönlichen Einkommensquelle und die klösterlichen Regeln wurden immer weniger beachtet. Als die protestantische Reformation eintrat (1536), befand sich das Kloster bereits im Niedergang. Im 14. Jahrhundert lebten noch etwa zwanzig Mönche im Priorat. Im 16. Jahrhundert waren es nur noch etwa zehn. Trotz der Proteste Freiburgs säkularisierte Bern das Priorat am 27. Januar 1537. Die Prioratskirche, die nun für reformierte Gottesdienste genutzt wurde, wurde beschädigt und neu aufgebaut. Das Prioratshaus wurde in ein Schloss für den Berner Vogt umgewandelt und die übrigen Gebäude wurden vermietet oder verkauft. Nur einige der weiter entfernten Güter entgingen der Übernahme durch Bern. Einige Mönche liessen sich in Vaux-et-Chantegrue nieder und gründeten ein einfaches, ländliches Priorat, das während der Französischen Revolution aufgehoben wurde. Die Gebäude des Priorats wurden 1899-1915 und 1992-2000 restauriert.