Ved sydbredden af Glenstrup Sø lå i middelalderen et benediktinermunkekloster. Hvorvidt kirken, der formentlig er fra begyndelsen af 1100-tallet, lige fra begyndelsen var tilknyttet et kloster, vides ikke, men et kloster er kendt fra 1170’erne. Klosterets stiftere er i en kilde fra 1400-tallet angivet som stormanden Svend Bo og hans hustru Inger Thott. Det omtales i middelalderlige kilder skiftevis som Glenstrup Kloster og Nørre Kloster. Klosteret var indviet til Vor Frue, og kirken kaldtes i 1396 »de tre Maria’ers kirke«. Den præcise beliggenhed af klosteret er usikker, men det har formentlig stået omtrent, hvor den nuværende præstegård ligger, ca. 250 m nord for kirken. En sådan fysisk adskillelse af kloster og kirke er usædvanlig i Danmark.
Den nordøstjyske adel støttede op om klosteret med jordegaver, men i 1428 meldtes klosteret alligevel så meget i forfald, at biskoppen i Aarhus, Ulrik Stygge, efter anmodning fra kong Erik af Pommern lod det omlægge til et karteuserkloster. Efter knap ti år i Glenstrup opgav karteuserne imidlertid deres forehavende, og klosteret blev atter overtaget af benediktinermunke. Det var dog kun for en stakket stund, idet bispen og adelen ca. 1440 i stedet overførte klosterets besiddelser til det nystiftede birgittinerkloster i Mariager. Glenstrup Kloster blev antagelig nedrevet i tiden umiddelbart efter, på nær kirken, der fortsatte som sognekirke.
