Fondée en 1119 par saint Bernard, l’ensemble architectural comprend église, cloître, salle capitulaire, salle des moines, chauffoir, infirmerie, hôtellerie, logement des abbés commendataires… ; une forge, construite à la fin du XIIe siècle, serait une des plus anciennes usines métallurgiques conservées en Europe.
Après le départ des moines, l’abbaye est acquise en 1791 par Claude Hugot qui, profitant de la qualité de l’eau et des installations hydrauliques, aménage la forge en papeterie ; il s’associe avec Éloi Guerin qui rachète la manufacture en 1796. Le site devient un champ industriel : canal et chute d’eau actionnent les moulins à maillets qui transforment les chiffons en pâte à papier. Les salles voûtées favorisent la fermentation des chiffons et les vastes espaces facilitent le séchage du papier. À la mort de Guerin, la propriété est vendue, en 1820, à Élie-Louis de Montgolfier (1784-1864) de la dynastie des papetiers d’Annonay.
Adepte des nouvelles technologies, il installe une machine à papier de 20 m dans la forge (1832) et une chaudière à vapeur (1834) pour alimenter les cylindres en fonte qui sèchent le papier. Cette mécanisation relance la papeterie qui alimente la presse parisienne. En 1838, Montgolfier vend Fontenay à son gendre Marc Seguin. Constructeur de chemins de fer et inventeur des ponts suspendus, Marc Seguin édifie en 1850, à l’emplacement du réfectoire et des cuisines des moines, un bâtiment pour y loger sa famille et loue le reste aux fils d’Élie, Raymond et Laurent. Après l’acquisition du site de Choiseau, en 1850, en aval du vallon, ils créent une nouvelle usine et le vallon devient ainsi un complexe industriel employant 350 personnes.
En 1868, Marc Seguin revend l’abbaye à Raymond de Montgolfier mais la guerre de 1870 arrête la production. La manufacture n’est plus rentable même si elle remporte une médaille d’argent à l’Exposition universelle de 1900 pour ses papiers d’emballage. Les chaudières à vapeur consomment trop de charbon et la dispersion des sites dans le vallon s’avère un handicap ; l’activité cesse en 1903. La fille de Raymond, Rose, épouse en 1862 Édouard Aynard, banquier lyonnais, grand amateur d’art, député du Rhône, qui rachète le domaine en 1906 : ainsi s’achève la page industrielle de l’histoire de Fontenay. De 1907 à 1911, il démantèle les bâtiments industriels pour retrouver la pureté originelle du bâti cistercien. Peu à peu Édouard Aynard puis son fils René restaurent les salles, dégagent le sol de l’église, remontent pierre par pierre une aile du cloître… Son fils Pierre restaure le dortoir des moines (1961-963) et son petit-fils, Hubert, s’installe en 1947 dans le bâtiment Seguin, exploite le domaine et crée en 1950 une pisciculture à l’étang de Choiseau : la truite de Fontenay est servie aux meilleures tables. Inlassablement, il continue d’entretenir l’abbaye et, soucieux de faire connaître ce monument historique (1852), il développe l’activité touristique ; en 1981, l’abbaye est inscrite au patrimoine mondial de l’UNESCO.