La période de splendeur de l'abbaye se situe sous le règne de Charlemagne. L’abbaye carolingienne fut entièrement financée par Charlemagne lui-même. Les travaux furent engagés dès 789 ou 790 et achevés en 799. Elle serait la première à comporter un westwerk ou massif occidental. En cela, elle aurait fait figure de précurseur et aurait servi de modèle pour de nombreuses abbayes construites par la suite (abbaye de Corvey par exemple).

L'abbaye était alors une entité administrative de l'empire et elle exerçait son autorité administrative sur la ville entière, riche à la fois d'une population civile et d'une garnison militaire regroupant estimée à plus de 100 chevaliers.

L'abbaye serait le lieu probable de la sépulture d'Angilbert époux de Berthe, fille de Charlemagne, et de leur fils Nithard.

En 845 puis en 881, les Vikings dévastèrent Saint-Riquier. L'abbaye fut ensuite restaurée, mais vers l'an mil elle menaçait de tomber en ruine et fut entièrement reconstruite.