Pfalzgraf Otto V. von Wittelsbach (alte Zählung IV.) gründete im Jahre 1120 das Chorherrenstift. Er tat dies im Auftrag von Papst Calixtus II. als Sühne für die Teilnahme am Kriegszug des Kaisers Heinrich V. nach Rom im Jahre 1111. Chorherren aus Marbach im Elsaß besiedelten 1126 das Kloster. 1128 weihte Erzbischof Konrad von Salzburg die Klosterkirche zu Ehren Mariä und der Apostelfürsten Petrus und Paulus. 1130 trat Otto von Indersdorf, der letzte Ortsadelige, ins Stift ein und übergab diesem seinen gesamten Besitz. Er schuf damit überhaupt erst die wirtschaftlichen Voraussetzungen. Nach und nach statteten Adelige aus der Umgebung das Stift mit weiterem Grundbesitz aus. 1172 starb der selige Bruder Marold, der ein heiligmäßiges Leben führte und durch Wunder verherrlicht war. Mehrere pfalzgräfliche Wittelsbacher sind in der Kirche bestattet. Indersdorf ist nach Scheyern und Endsdorf das dritte Hauskloster der Wittelsbacher.
Nach dem großen Brand im Jahre 1264 wurde das Kloster neu und größer aufgebaut. Die Kirche wurde damals als dreischiffige Basilika, nach altbayerischer Art ohne Querschiff, mit drei Apsiden in etwa gleicher Höhe, mit einer flachen Holzdecke und dem Nordturm neu er-richtet. Unter dem Rokokokleid stehen diese Mauern heute noch. Das romanische Portal stammt ebenfalls aus dieser Zeit. Die erste Blütezeit war unter Probst Konrad II. (1306-1355), der Kaiser Ludwig dem Bayern zur Seite stand.
Um 1400 verfiel die Disziplin im Stift, wie in vielen anderen Klöstern. 1412 war durch einen Mord unter den Chorherren der Tiefpunkt erreicht. Die Pröpste Erhard Prunner (1412-1442) und dessen Halbbruder Johann Rothut (1442-1470), genannt Johannes von Indersdorf, führ-ten das Stift in die höchste Blütezeit, die in die bayerische Kirchengeschichte als die Zeit der Raudnitz-Indersdorfer Reform eingegangen ist. Diese Reform kam von Raudnitz bei Prag nach Neunkirchen am Brand, wo sie Johannes kennenlernte und in Indersdorf einführte. Von hier aus sorgten etwas dreißig Chorherren dafür, dass in etwa fünfundzwanzig Klöstern und Stiften die Ordensregeln wieder streng beachtet wurden. So wirkten Patres aus Indersdorf u.a. in den Stiften Rottenbuch, Dießen, Beyharting, Schlehdorf, Polling und Neustift bei Brixen. Petrus Fries, der ab 1417 in Wien studierte, vertrat mehrere oberbayerische Klöster als Rechtssachverständiger im Streit gegen die Herzöge der drei bayerischen Herzogtümer Bayern-München, Bayern-Ingolstadt, Bayern-Landshut. Er war wiederholt in Rom und nahm am Konzil in Basel teil. 1438 übernahm er das Stift Rohr als Propst und wird dort als zweiter Gründer verehrt.
In dieser Zeit wurden in der Indersdorfer Klosterkirche die Seitenschiffe verkürzt, Hauptschiff und Seitenschiffe erhielten gotische Gewölbe. Probst Johannes errichtete den Südturm und die Rosenkranzkapelle. Auch die Fresken „Maria im Stammbaum Jesse“ im Altar neben der Kanzel und „der Tod der Gottesmutter Maria“ an der Vorderseite des Altartisches in der Ro-senkranzkapelle stammen aus dieser Zeit. Reste von Fresken auch an den übrigen Altären, gefunden bei der letzten Restaurierung, beweisen, dass damals die Altarbilder Fresken waren. Der Klosterbesitz wurde in der Zeit erheblich vermehrt. 1496 ist der Erwerb von Weingärten in Weinzierl bei Krems an der Donau nachgewiesen. Den Indersdorfer Patres, die damals in Wien studierten, mundete der Kremser Wein offenbar besser, als der Wein aus Kehleim.
Nach 1500 verfiel die Klosterzucht erneut. Jetzt erhielt das Stift selbst Hilfe von außen, die es im Jahrhundert vorher selbst gewährt hatte. So kamen die Pröpste Paulus Krätz (1545-1572) aus dem Stift Beuerberg und Albert Eisenreich (1573-1585) jeweils mit einigen Patres aus dem Stift Polling. Der dreißigjährige Krieg brachte Plünderungen, Pest und große Verluste, von denen sich das Stift nicht mehr erholte. Trotzdem wurde weitergebaut und die Kirche völ-lig neu ausgestattet. Die Annakapelle wurde angebaut, die Kirche erhielt einen neuen Hoch-altar. Um 1700 wurden die Klostergebäude teilweise erneuert und die beiden prächtigen Re-fektorien errichtet. Unter Propst Gelasius Morhardt (1748-1768) erhielt die Kirche ihr herrliches Rokokokleid. Mit Matthäus Günther und Johan Georg Dieffenbrunner als Freskenmaler und Franz Xaver Feichtmayr als Stukkateur rief er die besten Künstler seiner Zeit nach Indersdorf. Gegen den Widerstand der Mitbrüder verschuldete er das Stift weiter. 1768-1783 regierten drei Pröpste. Durch den Tod von zehn Patres in nur drei Jahren und weiteren Kreditaufnahmen, bedingt durch den Neubau des Bräuhauses, vor allem aber durch mangelhafte Wirtschaftsführung, verschlechterte sich die Lage weiter. 1783 wurde das Stift aufgehoben und der reiche Besitz dem Liebfrauenstift in München übergeben. 1803 wurde es mit diesem säkularisiert.