 Der Michelsberg nimmt in der Bamberger Stadtgeschichte eine besondere Rolle ein. Bereits vor der Gründung des Bistums 1007 ist er dicht besiedelt, wie archäologische Grabungen zeigen. Im Jahr 1015 wird hier eine Benediktinerabtei St. Michael gegründet. Diese Gründung erfolgt auf Betreiben des ersten Bamberger Bischofs Eberhard, so dass die Abtei bischöfliches Eigenkloster ist. Die ersten Mönche kommen vermutlich ursprünglich aus Fulda nach Bamberg.
Unter beachtlichem zeremoniellem Aufwand wird die Kirche am 02.11.1021 geweiht. So ist der Kaiser, Heinrich II, anwesend, wie auch ein großer Teil des weltlichen und geistlichen Adels. In der Folge spielt das Kloster Michelsberg eine bedeutende Rolle.
Der ursprüngliche Bau ist dreischiffig wie heute, wenn auch etwas kürzer. 1117 erschüttert ein Erdbeben die Kirche, verursacht aber nur leichte Schäden. Dies nimmt Bischof Otto I (der Heilige) zum Anlass, Kirche und Klosteranlage abreißen und unter einem Baumeister Richolf vergrößert neu errichten zu lassen. Diese neue Kirche wird 1121 geweiht. Zudem wird das Kloster in dieser Zeit nach dem Hirsauer Vorbild reformiert. Diese Schritte zeigen bereits, welch enge Beziehung Bischof Otto zum Kloster auf dem Michelsberg hat. Später wird er hier beigesetzt, hier entstehen seine drei Biographien und nach seiner Heiligsprechung 1189 wird er zweiter Patron der Kirche.
Zur Blüte des Klosters kommt es unter dem von Otto eingesetzten Abt Wolfram (bis 1123) und der nachfolgenden Phase bis 1170. Die Anzahl der Mönche steigt im Laufe des 12. Jahrhunderts von 20 auf den Rekordstand von 70. Das Kloster wird durch viele Stiftungen das Reichste im Bistum und hat schließlich Besitzungen in 441 Ortschaften.
 Nach dem Abstieg des Klosters im Spätmittelalter kommt es ab 1420 zu ersten Reformversuchen - aber 1430 und 1435 wird das Kloster erst durch die Hussiten, dann durch die Bamberger Bürger (Immunitätenstreit) geplündert und gebrandschatzt. Mitte des 15. Jhdts. kommt es zu weiteren umfassenden Reformen, ab 1467 wird das Kloster wieder stärker ausgebaut. Unter Abt Andreas Lang (bis 1503) kommt es zu einer neuen Blüte der Abtei. In dieser Zeit entsteht der Hochaltar Ulrich Hubers, von dem die Reliefflügel heute noch in St. Getreu ausgestellt werden.
Es folgen weitere Zerstörungen: 1525 Plünderung im Bauernkrieg, 1553 Brandschatzung durch Albrecht Albikiades. Anschließend werden Chor und Dach erneuert. Doch 1610 soll ein weiteres Unglück die Abtei heimsuchen: Kirchenlanghaus und Dächer fallen 1610 einem Brand zum Opfer. Die neue Kirche wird 1617 geweiht.
Das heutige barocke Erscheinungsbild erhalten Kirche und Klostergebäude in der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts durch den Baumeister Johann Dientzenhofer. Aus dieser Bauphase stammt beispielsweise die heutige vorgeblendete Westfassade mit der Freitreppe davor.
1803 wird das Kloster säkularisiert und in ein Spital umgewandelt. Noch heute ist hier ein städtisches Altenheim angesiedelt. Bestrebungen des ausgehenden 19. Jahrhunderts, die Kirche analog des Doms "stilzubreinigen", scheitern am Widerstand der Bamberger Bürgerschaft.
 Das heutige Kirchengebäude enthält noch Bausubstanz des 12. Jahrhunderts, insb. im, Bereich des Vorchors, des Querhauses und des Hochchors. Die 578 realistischen Pflanzendarstellungen an der Decke des Langhauses stammen aus der Zeit um 1613/14.
In den beiden Seitenschiffen befinden sich insgesamt 10 Bischofsgräber von 1556 bis 1779, die ursprünglich im Dom zu finden sind und 1838 bei dessen Purifizierung nach St. Michael verlegt werden.
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