A fim de se dedicar mais aos seus estudos e penetrar com profundidade no seu mundo interior, numa busca incessante de união com o divino, ansiosa por compreender Deus através de sua criação, resolveu ingressar no Convento das Carmelitas Descalças, aos 16 anos de idade. Desacostumada com a rigidez ascética, adoeceu e retornou à Corte.

Seguindo orientação de seu confessor, foi para a ordem de São Jerônimo da Conceição, que tem menos obrigações religiosas, podendo dedicar-se às letras e à ciência. Tomou o nome de Soror Juana Inés de La Cruz.

Na sua confortável cela, cercada por inúmeros livros, globos terrestres, instrumentos musicais e científicos, Juana estudava, escrevia seus poemas, ensaios, dramas, peças religiosas, cantos de Natal e música sacra.

Era freqüentemente visitada por intelectuais europeus e do Novo Mundo, intercambiando conhecimentos e experiências.

A linda monja era conhecida e admirada por todos, sendo os seus escritos popularizados não só entre os religiosos, como também entre os estudantes e mestres das Universidades de vários lugares. Era conhecida como a "Monja da Biblioteca".

Se imortalizou também por defender o direito da mulher de ser inteligente, capaz de lecionar e pregar livremente.

Em 1695 houve uma epidemia de peste na região. Juana socorreu durante o dia e a noite as suas irmãs reliogiosas que, juntamente com a maioria da população, estavam enfermas. Foram morrendo, aos poucos, uma a uma das suas assistidas e quando não restava mais religiosas, ela, abatida e doente, tombou vencida, aos 44 anos de idade.