Eine Kirche, die dem Heiligen Leo gewidmet war, ist bereits 1105 in Bitonto dokumentiert, obwohl Hinweise auf das angrenzende Kloster erst später auftauchen. Das Fest des Heiligen Leo, das dem Ort Ruhm brachte, ist 1197 belegt und wurde später von Giovanni Boccaccio in der zehnten Erzählung des neunten Tages des Decameron verewigt.

Ursprünglich von Benediktinermönchen bewohnt, wurde das Kloster später vom Olivetanerorden übernommen, der für den eleganten Kreuzgang verantwortlich war, der im 16. Jahrhundert erbaut wurde.

Im 19. Jahrhundert erlebten die Kirche und das Kloster eine lange Periode der Vernachlässigung nach der wiederholten Aufhebung der monastischen Orden. Der Ort wurde schließlich von den Minderen Brüdern gerettet, die das Gebäude restaurierten und die Kirche wieder geweiht haben.

Obwohl die Ursprünge des Gebäudes Jahrhunderte zurückreichen, hat die Kirche bedeutende Umbauten erfahren.

Das Innere wurde Ende des 19. Jahrhunderts restauriert. Durch sechs schmale Fenster erleuchtet, hat die Kirche einen rechteckigen Grundriss. Ein spitzer Bogen trennt das Schiff vom Querschiff, in dem noch kostbare mittelalterliche Fresken erhalten sind. Diese Kunstwerke, die zu Beginn des 14. Jahrhunderts gemalt wurden, wurden während der Restaurierungsarbeiten von Franziskanermönchen wiederentdeckt. Sie wurden zuerst 1918 und erneut zwischen 1983 und 1985 restauriert und gehören zur post-Giotto-Schule. Sie erstrecken sich über die drei großen Wände des Presbyteriums.

Oben dominiert die Figur des Christus Pantokrator die Szene, sitzend auf einem goldenen Thron, ein Symbol göttlicher Königsherrschaft. Um ihn herum stehen die zwölf Apostel, die ein himmlisches Tribunal bilden. Im unteren Panel, rechts, führt ein Engel die Verdammten in die Hölle – ihre Gesichter voller Angst und Verzweiflung. Links bewegt sich die Prozession der Seligen fröhlich zum Himmel. In einem anderen Abschnitt empfängt die Jungfrau Maria eine Gruppe von Äbten und Mönchen und führt sie in das Paradies.

An der linken Wand ist eine Darstellung der Kreuzigung zu sehen. Neben dem Kreuz stehen die Jungfrau Maria und der Heilige Johannes der Evangelist; zu seinen Füßen befinden sich Heiliger Petrus und Heiliger Paulus. Ganz links ist die Figur vom Heiligen Leo der Große sichtbar.

Zwei Flügel des 16. Jahrhunderts Kreuzgangs sind erhalten, jetzt teilweise restauriert mit geschnitzten Steinfragmenten aus dem alten Kloster. Diese weisen gewölbte Portiken auf, die auf Säulen mit schön geschnitzten Kapitellen ruhen.