Al llarg de l’època moderna, Sant Cugat manté el prestigi que li confereix el fet de ser un dels majors dominis eclesiàstics del Principat, un monestir ric amb presència en la vida política i cultural del país. La comunitat, formada per membres d’un notable nivell intel·lectual, com pertocaria a la seva procedència noble, inverteix de manera generosa en l’embelliment de l’església i endega una important reforma arquitectònica del Monestir, seguint els nous corrents de l’Humanisme. En la configuració d’aquest nou Monestir, hi té un paper destacat l’abat Pere Despuig (1539-1558).

El nou retaule major de Sant Cugat data del 1507, aproximadament, i és del pintor flamenc Ayne Bru. Se’n conserven dues taules al Museu Nacional d’Art de Catalunya: la d’un sant guerrer i la del martiri de sant Cugat. També s’encarrega al mestre Gilart Spirich la talla de dues columnes i dos àngels i la imatge del sant titular per a la mateixa obra. La taula del martiri de sant Cugat és d’un gran interès perquè conté una imatge “fotogràfica” del Monestir en aquell moment. Hi ha quatre elements que s’han de destacar d’aquesta representació: l’estat inacabat del campanar; la inexistència de la muralla sud, construïda uns anys més tard; l’arc que es veu entre el campanar i el cimbori, segurament per facilitar l’accés al petit campanar situat a sobre de l’estructura del creuer, i l’estat de la façana occidental de l’església, que també es modifica uns anys més tard.

A partir del 1500, s’hi reprèn l’activitat constructiva. Es fan reformes al Palau Abacial i a la façana de l’església, i s’amplia el recinte monàstic pel costat sud amb una nova muralla que guanya terreny per a horts. Però l’obra més important és, sens dubte, la construcció d’un claustre superior per sobre del romànic i una nova llotja d’entrada, cosa que en canvia la imatge i reordena les dependències claustrals. El nou claustre alt, destinat a acollir les cel·les individuals dels monjos, es construeix amb arcs de mig punt sobre columnes toscanes, molt a la romana i d’acord amb els gustos de l’època. El claustre inferior es completa amb la nova font del centre del pati.

A finals del segle XVI i al llarg del segle XVII, es duen a terme reformes importants de l’església per adequar els espais medievals als nous gustos i devocions de l’estil barroc. Pertanyen a aquest moment els retaules de sant Miquel i el del Roser. L’obra de més envergadura és la compartimentació de la nau meridional en les capelles de santa Escolàstica, sant Benet i sant Bartomeu. S’hi ha d’afegir encara la reforma interior del campanar, que converteix l’espai inferior en la capella de la Pietat; a sobre, s’hi instal·la l’orgue.