Nach dem Tod seines Vaters gründet Kaiser Otto II. mit seiner Gemahlin Theophanu in Memleben ein Benediktinerkloster. Das Stifterpaar beauftragt den dort angesiedelten Mönchskonvent mit der Pflege des Gebetsgedenkens an Otto I. sowie für sich selbst.

Das Kloster erfährt durch seine Stifter eine intensive Förderung, erstmalig belegt durch eine Urkunde aus dem Jahr 979. Noch im ausgehenden 10. Jahrhundert steigt das Kloster Memleben zu einer bedeutenden Reichsabtei auf, der Kaiser Otto III. im Jahr 994 Markt-, Münz- und Zollrecht verleiht. Mit Heinrich II. jedoch endet die Blütezeit der Benediktinerabtei. Er nimmt dem Konvent 1015 seine Immunität (Eigenständigkeit) und unterstellt das Kloster Memleben der osthessischen Abtei Hersfeld als Propstei.

Im Hoch- und Spätmittelalter in seiner Geltung auf die Saale-Unstrut-Region beschränkt, gehört die Hersfelder Propstei zu den bedeutendsten Klöstern in diesem Raum. Der Memlebener Konvent baut in der ersten Hälfte des 13. Jahrhunderts dicht neben der Klosterkirche des 10. Jahrhunderts ein neues Gotteshaus mit zugehöriger Klausur. Umfangreiche Teile sind bis heute erhalten.

Im Zuge der Reformation nimmt im 16. Jahrhundert das monastische Leben in Memleben ein Ende. Nach der Auflösung des Klosters überträgt Herzog Moritz von Sachsen die im unmittelbaren Umfeld der Propstei gelegenen Güter, als auch deren Baulichkeiten der neugegründeten Landesschule Pforta.