L'abbaye doit son origine au prieuré de Belval, bénédictin, fondé à Portieux au XIIe siècle
Ce prieuré fut supprimé en 1616 et transféré à Nancy par le duc de Lorraine Henri II. Des bâtiments furent construits pour les moines, terminés en 1626 ; mais les finances manquèrent pour construire l'église.
En 1701, le duc de Lorraine Léopold en fit une abbaye, sous l'invocation de son saint patron, saint Léopold d'Autriche. La construction de l'église reprit, et elle passe pour avoir été remarquable. Elle fut terminée en 1705, et consacrée en 1737. Le célèbre dom Calmet fut abbé de Saint-Léopold de 1718 à 1728.
Le couvent, comme bien d'autres mais après une existence plutôt brève, fut supprimé à la Révolution. Sous la Restauration, les Visitandines ne purent réoccuper leur ancien couvent, occupé par le lycée impérial devenu royal ("Henri Poincaré" aujourd'hui) ; elles achetèrent alors Saint-Léopold, dont elles firent raser l'église en 1822.
L'actuel lycée Cyfflé occupe désormais l'emplacement de l'abbaye Saint-Léopold.