Fou fundada per l’infant Martí, futur rei Martí I, quan era comte de Xèrica i senyor de Sogorb, després d’obtenir l’autorització del papa Climent VII (1385) i del rei Pere III (1386). L’orientà el prior de Portaceli, però els seus primers monjos procedien d’Escaladei. Tot seguit la nova casa rebé del fundador i dels reis Pere i Joan importants donacions, que la feren senyora d’Altura, Alcubles, Xèrica i de molt importants béns i drets a Sogorb, Massalfassar, Mauella, Castelló de la Plana, etc. La parròquia de Castelló li fou unida durant quatre segles, igual que el santuari de la Cova Santa, prop de Sogorb, que se'n separà el 1606. Per al nou monestir hom féu una primera església de Sant Martí, consagrada el 1401, i una nova església, molt més gran, iniciada pel rei Martí el 1403 i continuada els anys següents. La seva muller Maria de Luna féu construir el claustre gòtic i dotze noves celles. A l’època del Cisma d’Occident tingué un paper molt important, per tal com l’escollí per residència fra Bonifaci Ferrer, antic mestre de novicis, creat per Benet XIII prior general de l’orde en els territoris de la seva obediència. S'hi celebraren capítols generals entre el 1411 i el 1419, en temps també del seu successor Guillem de Lanotte. El 1448 el monestir tenia 18 monjos i 8 llecs, però el seu nombre normal era de 24 monjos, nombre que superà el 1764, quan tenia 26 monjos, 14 conventuals, 8 donats i 17 fàmuls. En fundar-se la Congregació Nacional de Cartoixans Espanyols el 1785 fou designada aquesta cartoixa per a residència perpètua del definitori de la congregació, i s’hi celebrà el 1774 el segon capítol general de la nova congregació. El convent fou abandonat temporalment i espoliat a l’època de la invasió francesa, i fou exclaustrat el 1835. L’antic terreny de la cartoixa és avui explotat agrícolament, però els edificis, voltats d’un mur el 1647, són una ruïna total, i s’han ensorrat del tot els claustres i l’església gran, reformada el 1633, i les cel·les monacals. La part més sencera és la primitiva església de Sant Martí i algunes dependències, utilitzades per a magatzem agrícola. Molts elements artístics i retaules es guarden en poblacions veïnes.