Ce bâtiment n'est pas le premier auquel fut donné le nom de Logis Bourbon sur ce site.

Quand Éléonore de Bourbon décide d'intégrer à la grande clôture le clos de vigne qui borde l'abbaye à l'ouest, pour s'y réfugier lors d'une épidémie, en 1578, elle fait rapidement ériger là une maison, vraisemblablement en rez-de-chaussée, plus tard connue sous le nom du Petit logis de Bourbon ou Logis Bourbon. De la même manière le Clos de la Vignerie devint alors le Clos-Bourbon, entouré de hauts murs. Plusieurs autres édifices sont construits dans ce qui devient en quelque sorte le parc du palais abbatial, où l'abbesse peut se rendre par un pont enjambant la voie encaissée qui file au sud vers l'Ânerie et Loudun.

En 1738, l'état des finances royales est tel que le Louis XV se voit proposer par son administration des Finances de placer ses cinq plus jeunes filles hors de Versailles pour alléger les dépenses liées au train de sa Maison. Le choix de Fontevraud s'impose du fait de son prestige et ce sont finalement les quatre jeunes Filles de France qui y sont accueillies : Victoire de France (1733-1799) dite Madame Quatrième ; Sophie de France (1734-1782) dite Madame Cinquième, Thérèse-Félicité de France (1736-1744) dite Madame Sixième et Louise de France (1737-1787) dite Madame Septième ou Dernière.

Toutes quatre sont dans un premier temps logées dans le palais abbatial, mais il est rapidement convenu d'agrandir le palais pour améliorer leur hébergement. Un premier projet est dressé par l'architecte Jean Aubert (vers 1680-1741). Celui-ci, élève de Jules Hardouin-Mansart, est architecte du roi depuis 1707 et membre de l'Académie royale d'architecture depuis 1720. Il développe dans ses principales réalisations un art Régence puis rocaille, marqué par une prédilection pour les bossages continus en table, les baies plein-cintre ou les clefs saillantes très ornées. Même si règne désormais sur l'abbaye une abbesse de la maison de Rochechouart de Mortemart, il est possible que la candidature de Jean Aubert ait été appuyée pour le projet fontevriste par sa proximité avec les Bourbon, famille très liée à l'histoire de l'abbaye et dont il fut l'un des architectes attitrés : il réalise pour eux les écuries de Chantilly en 1719-1736, reprend le Palais-Bourbon en 1724-1726, achève l'hôtel de Lassay en 1724-1730.

Son projet pour Fontevraud est ambitieux et outre l'aile destinée à Mesdames de France, il envisage la reprise d'une large partie du palais abbatial. L'ensemble est jugé trop onéreux et la même année, il doit réviser plusieurs fois son projet pour une réalisation de moindre envergure. Il s'agit, en définitive, de se limiter au seul prolongement vers l'ouest d'une aile préexistante du palais abbatial, dont il conserve le gabarit et la structure d'ensemble et qui doit être destinée au logement des deux plus grandes des quatre enfants. Cette prolongation occidentale enjambe la rue pour s'étendre dans le Clos-Bourbon par le biais d'une voûte qui est prolongée au sud pour former aussi la liaison entre les jardins abbatiaux et le clos, redessinant un jardin à parterres, broderies et bosquets. Les anciens bâtiments du quart nord-est du Clos Bourbon sont aussi réaménagés afin d'accueillir des espaces fonctionnels et de service pour la suite des princesses.

Le devis de construction en est dressé par Jacques V Gabriel (1667-1742), Premier architecte et Inspecteur général des bâtiments du roi, directeur de l'Académie royale d'architecture. Le marché est adjugé le 14 janvier 1739, à Versailles, à Alexandre Cailleau père (1675-1750), résidant à Fontevraud, et à Alexandre Cailleau fils (1708-1779), résidant à Saumur, entrepreneurs des travaux du roi.

Les travaux commencent dès 1739, avec construction de la voûte (incluant la réfection et consolidation des ponts et voûtements préexistants) et de l'aile. La réception des travaux de gros-oeuvre fut prévue pour la fin de l'année 1739, les finitions devant être achevées avant fin avril 1740. Le chantier se poursuit pourtant au fil de modifications parfois sollicitées par Mesdames de France ou des abbesses Louise-Françoise de Rochechouart de Mortemart, à la mort de qui succède en 1742 Louise-Claire de Montmorin Saint-Herem. Une chapelle, non initialement prévue est ainsi aménagée, ainsi qu'un cheminement septentrional direct et privatif permettant aux enfants de pouvoir assister aux offices paroissiaux en longeant le presbytère sans quitter la clôture. Une orangerie est aussi installée dans le Clos-Bourbon. Les bâtiments, ses adjonctions et autres aménagements furent estimés à 71.000 livres.

En 1748, Victoire quitte Fontevraud pour Versailles, suivie de ses deux soeurs en 1750 (Thérèse-Félicité étant décédée là en 1744). Le bâtiment est dès lors sans affectation spécifique, simple prolongement des appartements abbatiaux.

Durant la Révolution française, le Logis Bourbon, comme le reste de l'abbaye est saisi comme bien national et forme, avec l'ensemble du Clos-Bourbon, le onzième des dix-neuf lots détaillés lors de la division des biens composant l'ancienne abbaye de Fontevraud, selon le partage qui en est fait lors de l'estimation du 2 novembre 1792. Pour l'isoler des lots voisins, ce partage le dissocie du reste du palais abbatial et limite l'extension orientale du Logis-Bourbon à l'aplomb de la rue qui file à l'Ânerie, les administrateurs des biens nationaux ayant décidé que la voûte serait alors à détruire. Le bâtiment subit pillage et dégradation : les huisseries sont enlevées et les feuilles de plomb des toitures arrachées, livrant charpente et intérieurs au ruissellement des eaux pluviales.

Ainsi dégradé et nécessitant d'importants travaux, le bâtiment ne trouve acquéreur que le 11 messidor an IV (29 juin 1796), lorsque le cultivateur René Derancher l'achète pour 7.762 francs.

La voûte, très abîmée, est détruite définitivement en juillet 1797, laissant en surplomb de chaque côté de la rue les corps éventrés de l'ancienne aile du palais et son prolongement de Bourbon.

Le Logis Bourbon, ainsi tronçonné passe vers 1800 aux mains du notaire Hudault, par ailleurs associé à une entreprise de salpêtrier, dont il installe en 1805 l'atelier dans l'orangerie de Bourbon. Il est possible qu'il ait fait de plusieurs des bâtiments annexes du Clos-Bourbon les matières premières de son exploitation (ce fut sans doute le cas de la chapelle Notre-Dame-de-Pitié), à moins que certaines de ces constructions (dont le vieux Petit logis de Bourbon) n'aient déjà été détruites auparavant (et peut-être avant même la Révolution). En 1813, sur le cadastre napoléonien la plupart des bâtiments autrefois situés entre le logis et le presbytère ont disparu. À cette même date, le logis principal est déjà largement remanié et redimensionné : le mur oriental, à l'aplomb de la rue, a été reconstruit et une bonne parie des travées occidentales ont été détruites, réduisant l'ancienne aile à un volume de six travées (sur les onze qui se trouvaient de ce côté-ci de la voûte !). La propriété constitue dès lors une maison individuelle de notable, dotée d'un grand parc. Les travaux de réaménagement du logis furent considérables et une étude d'archéologie du bâti sur ces maçonneries a montré que près d'un tiers de l'actuelle façade résulte des reprises menées entre la fin du XVIIIe et le début du XIXe siècle. Au cours de ces travaux d'aménagements est aussi érigée l'habitation qui, au nord de l'aile, longe l'actuelle rue du Logis-Bourbon (tournant le dos au parc).

De nouveaux chantiers sont conduits plus tard. La galerie sur poteau qui en façade postérieure assure la distribution de l'étage-carré fut reprise totalement à la fin du XIXe ou au début du XXe siècle.

Le bâtiment et le parc sont réquisitionnés en 1939 par l'administration militaire. L'armée allemande l'occupe en 1940-1944 et, après la guerre, le Ministère de la défense installe un escadron de blindés sur le site, les bâtiments étant affectés à son fonctionnement.

Le Logis-Bourbon et l'Orangerie, ainsi que le parc, sont classés monuments historiques par arrêté du 12 octobre 1962 (protection répétée dans l'arrêté de classement du 28 août 1989) ; l'orangerie toutefois est détruite sans autorisation vers 1977 et dans le même temps les autres vestiges de bâtiments de service qui flanquaient le mur nord de la clôture. Demeurés aux mains de l'État, le Logis-Bourbon et son Clos ont aujourd'hui intégré la structure culturelle de l'abbaye de Fontevraud et le bâtiment a récemment connu d'importantes restaurations.