Das Gebäude wurde im 13. Jahrhundert als Speisehaus der Mönche errichtet.
Von allen ehemaligen Klostergebäuden ist der ursprüngliche Bauzustand am besten erhalten. Während die Benediktiner ihr Refektorium parallel zum Münster errichteten, wichen die Zisterzienser bald von dieser Regel ab und bauten es meist senkrecht zur Kirche.
Im Anbau links vom Eingangsportal war die Küche eingerichtet.
In der Frühzeit des 1098 gegründeten Ordens waren die Refektorien- wie hier in Heilsbronn- für die Mönche einschiffig. Später wurden sie meist zweischiffig gebaut. Das Laienbrüderrefektorium trug man bereits im 18. Jahrhundert ab. Es stand an der westlichen Seite der Küche, also parallel zum Mönchsrefektorium. Heute befinden sich dort eine schmale Gasse und eine Scheune (erbaut 1822). Laienbrüderrefektorien waren meist einschiffig.
Um 1770 trug man als letzten den nördlichen Kreuzgangflügel ab. Reste der Schildbögen des Gewölbes sind am Giebel des Refektoriums noch gut zu erkennen.
1884 erwarb Kaiser Wilhelm I. das spätromanische Refektoriumsportal und schenkte es dem gerade im Aufbau befindlichen Germanischen Nationalmuseum in Nürnberg. Dort wurde es im April 1945 bei einem Bombenangriff vollständig zerstört. Über der Türe zur Mittelalterausstellung des Museums sind einige geborgene Reste angebracht.
Ab 1582 diente das Refektorium als Brauhaus, von 1889 bis 1961 als katholische Kirche St. Otto. Seither ist es Gemeindesaal der evangelisch-lutherischen Kirchengemeinde, im Winter finden hier auch die Gottesdienste statt. Der gotische Dachreiter wurde 1436 aufgesetzt. Der Dachstuhl stammt aus der Erbauungszeit, wegen seines hohen Alters (um 1240 erbaut) eine Seltenheit in Franken.