El convent es va fundar a Río de Olmos, un indret apartat de la ciutat de Valladolid en una època indeterminada, potser durant la dècada dels anys 1220, tot i que el més probable això tingués lloc durant la dècada dels 1240. La primera notícia clara d’aquest convent la trobem en una butlla del papa Innocenci IV del 1246 on hi consta que els frares estaven bastint una església i altres dependències, molt possiblement mentre ocupaven algunes construccions provisionals. Més endavant els framenors van trobar-se amb la necessitat d’instal·lar-se a l’interior de la ciutat i poder desenvolupar la seva tasca amb més proximitat amb els fidels i evitar el desplaçament continu des del convent al centre.

Un cop triat el lloc on establir-se, situat extramurs de la ciutat, el 1254 van obtenir el permís de l’abat de la col·legiata de Santa María la Mayor, que exercia les funcions episcopals a la ciutat. Per altra banda van aconseguir el vist-i-plau de la ciutat i, sobretot, el recolzament de la reina Violant d’Aragó que va col·laborar en la seva construcció. Malgrat això, els problemes no van tardar en aparèixer, sobretot quan els canonges de la col·legiata van presentar la seva oposició amb la finalitat d’impedir la modificació del model organitzatiu eclesiàstic de la ciutat. Això va allargar el procés de trasllat fins que finalment es va poder materialitzar, el 1265. Fins i tot el papa va intervenir en el conflicte que no es va tancar definitivament fins el 1275, data en que es va consagrar la nova església.