L'existence de l'abbaye de Saint-Loup n'est pas documentée avant le Xe siècle[1], époque où elle est dirigée par l'abbesse Hildegarde[2]. À cette période (941), l'abbaye est soumise à l'autorité de l'archevêché de Tours, en la personne de Théotolon[3].
L'historien André Salmon émet, malgré tout, l'hypothèse que l'abbaye a été fondée vers le VIIe siècle, moment où le culte de Saint Loup connaît la plus grande vigueur en France[4]. Il ajoute qu'en 838, le territoire sur lequel est bâti l'abbaye sert de camp aux envahisseurs vikings lorsqu'ils attaquent Tours. Il en conclut que l'abbaye a alors été probablement détruite et que ses archives ont sûrement été brûlées, comme il est arrivé avec celles du chapitre de saint-Martin[5].
La date et les raisons de la disparition de l'abbaye ne sont pas non plus connues avec exactitude. On sait seulement que le monastère n'existe plus en 1007, date à laquelle le trésorier de la basilique Saint-Martin de Tours se plaint qu'il n'existe aucun établissement religieux féminin en Touraine[6]. Le domaine de Saint-Loup n'en conserve pas moins le souvenir de l'ancienne abbaye dans les sources postérieures : au XIe siècle, il est encore nommé « abbaye de Saint-Loup » et, au XIIe siècle, il est baptisé « église de Saint-Loups ». Dans les sources ultérieures, l'ancienne abbaye prend toutefois le nom de « chapelle Saint-Marc »[7].
Après l'abandon de l'abbaye par les religieuses, ses bâtiments passent sous le contrôle direct de l'archevêché de Tours, qui les cède à Gautier, l'un des principaux chevaliers de Touraine (945). Mais, en 1024, ce dernier abandonne ses droits sur l'abbaye à son retour d'un pèlerinage à Jérusalem et les donne au monastère Saint-Julien de Tours. Cette donation est ensuite confirmée par l'archevêque Arnoul de Tours mais les moines de Saint-Julien ne s'installent pas dans l'abbaye[8].
À partir de 1354, le monastère de Saint-Julien, désormais enclavé dans la ville de Tours, envoie ses malades et convalescents dans les locaux de Saint-Loup, afin qu'ils y bénéficient de l'air pur de la campagne. Cependant, de 1587 à 1699, l'ancienne abbaye est à nouveau abandonnée et ses terres sont louées à des cultivateurs. En 1599, les locaux de Saint-Loup sont d'ailleurs si délabrés que l'archevêché saisit ses revenus afin d'obliger les bénédictins de Saint-Julien à les restaurer. En 1624, l'archevêque de Tours permet aux moines de relever l'autel de la chapelle de l'abbaye, dédiée à saint Marc et à saint Loup. Puis, le pape Urbain VIII fait accorder des indulgences aux pèlerins qui visiteraient la chapelle le jour de la Saint-Marc. L'occupation des locaux de l'ancienne abbaye par les bénédictins de Saint-Julien reste malgré tout sporadique : ils y effectuent seulement quelques processions durant l'année, dont la plus importante a lieu lors de la Saint-Loup[9].
En 1699, le chanoine Joseph Sain établit dans les locaux de l'ancienne abbaye des religieuses de l'Union chrétienne, qui louent les bâtiments aux moines de Saint-Julien jusqu'en 1789. À la Révolution, l'abbaye de Saint-Loup est finalement vendue comme bien national[10].