La presenza di una chiesa dedicata a San Leone a Bitonto è attestata sin dal 1105, mentre il monastero ad essa annesso viene menzionato diversi anni dopo. La fiera di San Leone, che contribuì alla fama del luogo, è documentata con certezza già nel 1197 e successivamente celebrata da Giovanni Boccaccio nella novella X della nona giornata del Decameron.

Inizialmente abitato dai monaci benedettini, il monastero passò agli Olivetani, autori del raffinato chiostro cinquecentesco.

Nel XIX secolo, la chiesa e il monastero subirono un lungo periodo di abbandono, conseguenza delle ripetute soppressioni degli ordini monastici. Solo grazie ai frati minori osservanti l’intero complesso venne recuperato e la chiesa fu riconsacrata.

L’edificio sacro, di origine antichissima, ha subito nel tempo notevoli rimaneggiamenti.

L’interno, restaurato alla fine dell’Ottocento dall’architetto Ettore Bernich, è illuminato da sei monofore e presenta una pianta rettangolare. Un grande arco ogivale separa la navata dal transetto, dove si conservano preziosi affreschi medievali. Risalenti ai primi decenni del Trecento, furono riscoperti dai frati francescani durante i lavori di recupero della chiesa. Restaurati nel 1918 e successivamente tra il 1983 e il 1985 dalla Soprintendenza di Bari, appartengono alla scuola post-giottesca e si dispongono sulle tre ampie pareti del presbiterio.

Nella parte superiore domina la figura del Cristo Pantocratore, assiso su un trono dorato a simboleggiare la sua regalità. È circondato dai dodici apostoli che rappresentano il tribunale celeste. Nel riquadro sottostante, a destra, un angelo guida i dannati verso l’inferno, e nei loro volti si leggono il terrore e la disperazione per la punizione imminente. A sinistra, invece, il corteo dei Beati si dirige verso il cielo. In un altro riquadro, la Vergine Maria accoglie gli abati e i monaci per condurli in Paradiso.

Sulla parete sinistra si staglia l’immagine della Crocifissione. Ai lati della croce si trovano la Vergine Maria e San Giovanni Evangelista, mentre ai piedi compaiono le figure di San Pietro e San Paolo. All’estrema sinistra si intravede la figura di San Leone Magno.

Del chiostro cinquecentesco, recentemente valorizzato attraverso il recupero di frammenti lapidei provenienti dall’antico monastero, si conservano ancora due ali, con arcate che poggiano su colonne dai capitelli finemente scolpiti.