Construido antes del siglo XIII y reedificado a finales del XIV, bajo el patronazgo de don Diego González de Avellaneda.
Su origen parecen ser unas cuevas, en parte naturales aunque ensanchadas, que se abren entre las calizas del borde del páramo, junto al nacimiento de unas fuentes.
Su orientacion, es la ideal, pues se encuentra resguardado del frio y sano Cierzo, del lluvioso y a veces tambien frio Regañon y del traicionero Solano. Es decir, se encuentra orientado, al Sur (Bajero). Como coloquialmente se dice, en "una solana"
Hay suficientes vestigios para pensar que estas cuevas, estuvieron ocupadas por un colectivo de eremitas, donde despues surgió el convento.
Este hecho se dió tambien en otros sitios y en el Cerrato, surgieron pequeños monasterios, como el de San Pelayo (Cevico Navero), el de San Martin, San Juan, San Pedro, etc
Sobre su situación y mecenazgo, el P. B. Velasco O. Car. en su libro "Historia del Carmelo Español" nos dice: En el extremo suroeste de la provincia de Burgos, en el valle de Esgueva y cerca del pueblo de Torresandino, existió un convento de carmelitas en el que se veneraba la imagen de Ntra. Sra. de los Valles. Según Lezema, el emplazamiento del mismo era apropiado para la observancia religiosa, de acuerdo con la índole eremítica de la Orden del Carmen. Feijo de Villalobos nos dice que estaba situado en una soledad muy amena.
El P. Juan Santos, en la segunda mitad del siglo XVIII escribió el libro Becerro del convento de Los Valles. A base de la documentación existente en él recogió cuidadosamente y con gran precisión, noticias que podrían ser de interés para la historia. En el libro Becerro del de Los Valles advierte que "se fundó en el año 1394, al poco mas o menos, como se infiere de papeles antiguos de él".
Esta fecha supone descartar la que señalan otros autores y que se basan en un privilegio del rey don Fernando por el que eximía, en 1302, de pagar pechos a ocho pobladores de Santa Maria de los Valles que moraban allí, y entregar como tributo a la iglesia, lo que había de darse al Rey. Dicho documento, confirmado en Burgos en 1379, no indica que fuera una iglesia de carmelitas, sino una iglesia o ermita en términos generales.
Según el mismo P. Santos, los fundadores del convento, o por lo menos los patronos, debieron de ser los Condes de Castrillo don Juan , "porque muchos de ellos con sus hijos están enterrados en la iglesia del convento y capilla mayor".
El año 14xx los conventos carmelitas de Castilla tenían: Toledo, 13 religiosos, Ávila 9 y Torresandino 14.
El convento de Los Valles era uno de los mas ricos de la Orden, sobre esto el padre B. Velasco
sigue diciendo:A la comunidad de Los Valles (Torresandino) donó la finca de Avedecilla el 14 de
febrero de 1481 Doña Margarita de Castilla, hermana del obispo de Palencia, Don Pedro de Castilla.
Fundó 368 misas cantadas y 365 misas rezadas. "El 2 de Enero de 1431 se halla otra donación, por
escritura auténtica, de 10 fanegas de trigo y 1000 maravedies perpetuos en cada año por la señora
doña Beatriz de Avellaneda, condesa de Castrillo y señore de Saldaña".De las donaciones que conocemos, la mas importante, dada a la congregación, fue la efectuada por Don Juan Delgadillo al convento de Los Valles. Era señor de Castrillo, Cevico Navero, Alcozar, Zayas de Torres, Ciruelos, Tejada de la Yedra; otorgó testamento en Valladolid el 9 de febrero de 1590 ante Pedro González de Oña, "en el testamento, después de varias mandas que hizo, dejó, por su universal heredero de todos sus bienes muebles y raíces, libres, a este convento de el Carmen Calzado de Los Valles, después del fallecimiento de su señora, doña Catalina Niño Sosa de Portugal, porque los días de su vida la dejó usufructuaria de dichas rentas". Enumera seguidamente estas rentas que eran numerosas. Al entregar las herencia fijó, entre las condiciones, que debía haber 24 frailes, 13 de misa y los demás legos y novicios. Era condición asimismo que hubiera estudio de Gramática y Artes con un estudiante de cada convento de la provincia.
En vista de estas posesiones, los carmelitas de Castilla pensaron en un reparto de las rentas a favor de los conventos mas pobres y esta fue la orientación que se dio en el capítulo provincial de Valladolid de 1594, presidido por Chizola. En ayuda para el edificio de Salamanca, el convento de Los Valles debía entregar todo el trigo de la finca de la Avedecilla, durante 10 años.
El convento tenia como titular a Nuestra Sra. de los Valles, cuya festividad coincidía con la fiesta de la Natividad de la Virgen, el 8 de Septiembre. Hacia el 1630 se celebraba el día de San Miguel. Esta celebración se hacia con gran solemnidad y concurso de gente y veladas por la noche en la iglesia. En vista de los gastos que suponía para el convento y otros inconvenientes el P. Lorenzo Encinas en la visita que hizo en 1635 suprimió dichas veladas. El testamento de don Juan Delgadillo, señor de Castrillo, en favor del convento de Los Valles, trajo consigo además de la posesión de sus bienes el del señorío jurisdiccional con la consiguiente potestad de elegir alcaldes, escribanos y alguaciles en los pueblos pertenecientes al señorío.
En una de las visitas del General al convento en 1632 llama la atención la orden que da al prior para que se recojan los religiosos en el convento " por cuanto por experiencia consta morían mas fuera de el".
También prohibió a los religiosos, el mismo visitador, visitar el convento de monjas de Tortoles, sino era con motivo de confesar o predicar.
En el siglo XVIII el convento de Los Valles era lugar de castigo para los religiosos que cometían algún delito.
Hasta aquí lo que dice el P. Balbino Velasco.
El 1752, subsistía El Convento, por entonces, albergaba a 19 religiosos.
El 1835 el ministro Mendizabal dictó la famosa ley de la desamortización, con la cual, los conventos que tuviesen en ese momento menos de 12 frailes, debían desaparecer. Por lo que en subasta pública pasó a manos privadas.
De él se conservan las campanas, órgano y retablo mayor en la iglesia de Roa. Retablo de Santa María de los Valles, blasón y estatuas de la Virgen del Carmen y de Santa Teresa en Torresandino. Altar de San Miguel con la estatua en Villovela.
Sobre la estatua de la Virgen del Carmen, siempre se ha dicho, que se quedó en Torresandino tras unas disputas con Roa, que también la quería. Dice la leyenda, que fueron los propios bueyes de la carreta los que se negaron a pasar el puente viejo de Torresandino
Otra señal que ha permanecido hasta nuestros días y relacionado con el convento es el "Mojón de Santamaría", situado a unos 2 Km. de este en dirección norte. De este majano nos han contado nuestros antepasados que se formó con las piedras que los frailes llevaban entre los hábitos como penitencia, en sus paseos al lugar.
También tiene relación con el convento el término de "La Cruz del Responso"
El 1994, el investigador Canuto Merino Gayubas, escribió el libro "El Convento de Sta. MARIA de los VALLES a través de sus documentos".