Tres mil años después, comenzaron a aparecer los primeros árboles, pinos, abedules y hayas; todo un bosque que el hombre empezó a talar entre 1800 y 1200 a.C. ¿Había alguna vivienda humana o aldea en este sitio antes de que se establecieran los monjes? En la etapa actual de la investigación, nada lo prueba. Solo se han descubierto tumbas merovingias en los alrededores del manantial.

Los primeros monjes que se asentaron en Orval llegaron del sur de Italia en 1070. El conde Arnould de Chiny, al que pertenecía el señorío, los acogió y les concedió tierras de su propio dominio. Inmediatamente se inició la construcción de la iglesia y los edificios del convento.

Por razones que desconocemos, estos pioneros se mudaron después de unos cuarenta años. Othon, hijo de Arnould, reemplazó a los monjes por una pequeña comunidad de canónigos que pudieron completar la obra de construcción iniciada por sus predecesores; en 1124 la iglesia terminada fue consagrada por Henri de Winton, obispo de Verdún. Poco tiempo después, sin embargo, los Canónigos se encontraron con dificultades económicas, situación que les llevó a solicitar la afiliación a la Orden del Císter, entonces en plena expansión. Su pedido fue transmitido a San Bernardo quien lo aceptó. Confió el restablecimiento de Orval a la mayor de sus casas hijas, la Abadía de Trois-Fontaines en Champagne.
El 9 de marzo de 1132, siete monjes bajo la dirección de Constantino llegaron a Orval desde Trois-Fontaines. Monjes y canónigos formaron una sola comunidad y comenzaron de inmediato la adaptación de los edificios a los usos cistercienses. La nueva iglesia se completó antes de 1200.

Los cistercienses tuvieron especial cuidado en establecer una granja y un dominio forestal; estas formas de trabajo les permitirían vivir de acuerdo con sus observancias. La tierra que rodea inmediatamente al monasterio es pobre e inadecuada para la agricultura. Ya en 1132, los monjes recibieron un pequeño dominio de unos 20 kms. del monasterio cerca de Cariñena; esto se convertiría en el centro de su mejor granja, la de Blanchampagne. En los años siguientes, los monjes recibieron más tierras en donaciones. De estos terrenos hay que hacer mención al conjunto de Bure-Villancy, en la región de Meurthe-&-Moselle, que sería el centro de la industria siderúrgica de Orval.

Durante cinco siglos, Orval llevó una vida oculta, como tantos otros monasterios de la Orden. Durante el siglo XII, la abadía parece haber sido próspera; desde mediados del siglo siguiente, las calamidades serían a menudo habituales durante largos períodos. En 1252 la abadía fue destruida por un incendio y las consecuencias pesaron sobre la comunidad durante casi un siglo. Ciertos edificios tuvieron que ser completamente reconstruidos. Tan grave era el estado de miseria que durante un tiempo las autoridades de la Orden llegaron a prever la supresión del monasterio.