L'abbaye Sainte-Marie-de-la-Charité fut fondée par Foulque Nerra et son épouse Hildegarde en 1028. La construction se serait achevée en 1119 quand le pape Calixte II vint consacrer l'autel principal. L'appellation «du Ronceray» date du XVIe siècle : un ronce poussant dans la crypte cherchait à embrasser une statue de la Vierge.
L'abbaye Sainte-Marie, soumise à la règle de saint Benoït, n'accueillait que des filles de la noblesse. Elle fut richement dotée au point d'être l'une des plus opulentes de l'Anjou jusqu'à sa fermeture à la Révolution. Dans le quartier d'Outre-Maine où elle se trouve résidaient des commerçants riches (tanneurs, orfèvres, etc.). Tout indique que les moniales proposèrent, au début, leur église abbatiale comme lieu de culte aux paroissiens. Cependant leur affluence conduisit l'abbesse à faire construire au XIIe siècle une véritable église paroissiale (la Trinité) adossée au monastère. Dans les faits, cette nouvelle église devint le deuxième lieu de culte des moniales (voir le plan plus bas).
Depuis 1815, l'école des Arts et Métiers s'est installée dans les lieux, en remodelant l'aspect. Des bâtiments et des ateliers furent ajoutés entre 1827 et 1995. L'église abbatiale est classée au titre des Monuments historiques depuis 1840, les bâtiments conventuels le sont depuis 1986. L'abbaye du Ronceray accueille à présent des expositions d'art contemporain.