Pendant l'abbatiat d'Odon de Cluny (927-942), Cluny obtient le droit de battre monnaie et un grand nombre de monastères bénédictins se rassemblent sous son autorité. Il met en place la bibliothèque et l'école.
Pendant les quarante années d'abbatiat de Saint Mayeul, ses liens avec le Saint-Empire favorisèrent l'extension de l’« Ecclesia Cluniacensis » vers l'est. Il fut certainement l'un des conseillers écoutés d'Hugues Capet, duc puis Roi des Francs, ce qui lui permit de réformer des monastères et d'y placer des abbés réguliers. Enfin, il poursuivit les relations qu'Odon avait nouées avec la papauté.
Sous l'abbatiat d'Odilon (994-1049), Cluny devient un seigneur et privilège d’exemption octroyé par le pape Grégoire V en 998 ; il permet à la communauté clunisienne d'être indépendante de l'évêque de Mâcon. Il est étendu par la suite par Jean XIX en 1024. L'abbatiat de Pons de Melgueil (1109-1122) est marqué par les crises internes de l'ordre clunisien, dues à la concurrence de l'érémitisme et nouveaux ordres (Cisterciens et Chartreux). Le 6 mars 1058, le pape Étienne IX confirme le privilège monétaire de Cluny. Les statuts d’Hugues V de Cluny (1199-1207) organisent un chapitre généralement annuel. L'ordre clunisien est structuré en un réseau de « provinces ». À son apogée, l'Église de Cluny compte environ 10 000 moines répartis dans 1200 établissements du Nord de l’Angleterre à l’Espagne, en passant par l'Italie et le Saint-Empire.
Le succès de Cluny, qui essaima dans toute la Chrétienté latine, est dû à son émancipation du pouvoir seigneurial et épiscopal, mais aussi à l'action de ses abbés, qui connurent une longévité exceptionnelle. Sa situation géographique était également favorable, à la charnière entre Europe du Nord et du Sud, entre royaume de France et Empire.
L'abbaye s'enrichit rapidement grâce aux dons des fidèles. Elle était un lieu de pèlerinage (plus de mille reliques y étaient vénérées). Alphonse VI octroie une rente annuelle de 100 000 deniers clunisiens vers 1077. Les autres revenus de l'abbaye proviennent des droits seigneuriaux et banaux qu'elle prélève et des sommes versées par les prieurés de son réseau.
L'abbaye constitua un foyer intellectuel et culturel important du Xe au XIIe siècle : c'est Odon qui rassembla les premiers manuscrits de la bibliothèque en rapportant des livres provenant de Saint-Martin de Tours. Les ouvrages conservés à Cluny se multiplièrent rapidement grâce à l'activité du scriptorium : on en connaît le nombre (570) grâce au grand catalogue (XIe et XIIe siècles). La bibliothèque conservait des œuvres patristiques et des maîtres carolingiens, parmi lesquels Jean Scot Erigène. Sous l'abbatiat de Pierre le Vénérable, elle était plus importante que celle du Mont Cassin, en Italie. On pouvait y trouver des textes latins (Tite-Live, Ovide, Cicéron), mais aussi des livres de médecine ou de musique.
C'est à Cluny que Raoul Glaber rédigea la plus grande partie de ses Histoires à partir de 1031. Les abbés sont aussi des auteurs : Odon de Cluny produit une Vie de Géraud d’Aurillac. Les moines clunisiens écrivirent aussi des récits hagiographiques. La chancellerie de l'abbaye produisit plusieurs cartulaires ainsi que les coutumes de l'établissement. Le Guide du pèlerin a sans doute été écrit par Aymeri Picaud au XIIe siècle à Cluny.
Cluny était aussi un centre d'études de premier ordre. Le droit romain est resté vivant par l'étude de fragments de textes juridiques datant du règne de Justinien Ier. Les thèses néoplatoniciennes y ont survécu et ont nourri la réflexion sur l'organisation de la société. Les chapiteaux du déambulatoire de l'abbatiale de Cluny III figurent les arts libéraux, autrement dit les disciplines enseignées au Moyen Âge. Enfin de l'abbaye sortirent des personnages éminents tels que le pape Urbain II.