Der Kreuzberg wurde schon früh zu einer christlichen Wallfahrtsstätte. Nachdem Fürstbischof Julius Echter von Mespelbrunn 1582 auf dem Gipfel des Berges das einfache Holzkreuz, durch drei steinerne Kreuze ersetzen ließ folgten eine kleine Kapelle und erste Wallfahrtsunterkünfte. Mit der Seelsorge der Pilger beauftragte der Fürstbischof die Franziskaner aus dem Kloster Dettelbach wodurch sich der Kreuzberg bis zum Ende des 16. Jahrhunderts zu einem viel besuchten Wallfahrtsort entwickelte. Er wird deshalb auch oft als „Heiliger Berg der Franken“ bezeichnet.
Schon bald war die Kapelle dem wachsenden Ansturm der Pilgerscharen nicht mehr gewachsen und so wurde die Planung der heutigen Klosteranlage begonnen. Der Neubau wurde unter Fürstbischof Peter Philipp von Dernbach in Angriff genommen, den Grundstein legte Robert Metzel, Abt des Zisterzienserklosters Bildhausen am 26. August 1681. Im Jahre 1683 wurde das Kloster Kreuzberg auf dem Augsburger Provinzkapitel in den Rang eines Konventes erhoben. 1685 konnte der lang gestreckte zweigeschossige Konventbau vollendet und bezogen werden. Die feierliche Gesamtweihe von Kirche und Kloster Kreuzberg zelebrierte der Würzburger Weihbischof Stephan Weinberger am 6. Juli 1692.
Weitere Anbauten an Kirche und Kloster folgten: Fürstenbau 1699-1706 (Fürstbischof Johann Philipp von Greiffenklau), Stiegenhaus nach Plänen von Balthasar Neumann 1727 (Fürstbischof Christoph von Huttens), Marienbau mit Brauerei 1731 und Antoniusbau in den 1950er Jahren.
2002 wurde der Kirchplatz neu gestaltet, eine Kerzenkapelle und der Freialtar errichtet.