2011年6月8日，诺伊尔前往拜仁慕尼黑进行体检，正式与拜仁签下一份为期五年的合同拜仁德甲冠军，该合同于2016年6月30日到期，诺伊尔正式转会拜仁慕尼黑，成为拜仁慕尼黑新任一号门将。凭借高达3000万欧元的转会费和一些与结果相关的后续条款，他成为德甲历史上最昂贵的门将。此外，根据诺伊尔的意愿，曾在沙尔克04训练的门将教练塔帕洛维奇也将加盟拜仁。

此举遭到了许多拜仁球迷的强烈抵制。在转会谈判中，大量拜仁球迷在德国足总杯对阵沙尔克04的比赛中高呼“诺伊尔！”（巴伐利亚语意为“不要诺伊尔”）拜仁德甲冠军，以表示对前门将克拉夫特的支持。而当诺伊尔完成签约后，他也遭到了拜仁咄咄逼人的球迷的进一步猛烈攻击。尽管遭到拜仁球迷的攻击，但诺伊尔很快就用自己的表现征服了拜仁球迷。

曼努埃尔·诺伊尔很快打破了卡恩在拜仁保持的1000分钟不失球的纪录，使零封时间达到1147分钟。德甲770分钟的零封是德甲历史上第三高的。在他加盟拜仁的第一个赛季，球队在欧冠、德甲和德国杯中获得亚军。两场杯赛中有三场进入点球大战，其中两场胜利来自诺伊尔的扑救。（德国杯半决赛，在与门兴兴的点球大战中，诺伊尔扑出诺尔特维特的点球，帮助拜仁以4：2的比分晋级德国杯决赛;在欧冠半决赛和皇马点球大战中，诺伊尔先后扑出C罗和卡卡，让拜仁最终晋级决赛。）

在2012-13赛季对阵鲍里索夫的欧冠比赛中，诺伊尔在拉姆缺席、施魏因斯泰格被替换下场后，首次作为场上队长戴上队长袖标。2013年4月6日，他在联赛第28轮后随拜仁慕尼黑夺得德甲冠军拜仁德甲冠军，这也是诺伊尔的第一个冠军。2013年6月3日，2012-13赛季德国足总杯决赛在柏林奥林匹克体育场上演，已经夺得联赛和欧冠冠军的拜仁慕尼黑以3：2击败斯图加特夺得德国足总杯冠军，成为德国第一支“三冠王”球队，也是欧洲第七支“三冠王”球队。2014年3月25日，诺伊尔在2013-14赛季德甲第27轮结束时随拜仁慕尼黑夺得德甲冠军，创造了德甲历史上最早夺冠的纪录。与此同时，国际足球历史与统计联合会（IFFHS）公布了2013年世界年度最佳守门员。最终，拜仁门将曼努埃尔·诺伊尔以高票当选，成为继卡恩之后第二位获此殊荣的德国球员。

2017年9月，诺伊尔左脚跖骨骨折，伤势严重，导致诺伊尔205天无法上场，直到2018年6月俄罗斯世界杯才完全回归。诺伊尔复出后迅速找回状态，此后，作为队长，诺伊尔带领拜仁夺得德甲、德国杯、欧冠、欧洲超级杯和德国超级杯冠军，并获得了欧足联年度最佳门将奖和国际足联年度最佳门将奖。2021年1月15日，曼努埃尔·诺伊尔被选为IFFHS十年最佳门将。2021年1月25日，曼努埃尔·诺伊尔保持了他德甲生涯的第197场零封，超越了卡恩（196场），成为德甲历史上零封次数最多的门将。