Predpomnjenje proxy strežnika se uporablja za zmanjšanje časa, ki ga uporabniki v računalniških omrežjih potrebujejo za dostop do vsebine v internetu. Ko skrbniki omrežja omogočijo predpomnjenje, bo proxy strežnik shranil pogosto dostopno vsebino, tako da mu ni treba prenašati vsebine iz interneta vsakič, ko jo uporabnik zahteva. Ko uporabnik v spletni brskalnik vnese spletni naslov, gre zahteva proxy strežniku, ki poišče določeno gradivo v svojem predpomnilniku. Če zahtevanih informacij ni mogoče najti, pošlje zahtevo na internet. To lahko prihrani pasovno širino in zmanjša čas, ki ga mora uporabnik čakati na vsebino.
Proxy strežniki lahko za predpomnjenje vsebine uporabljajo tako pasivno kot aktivno predpomnjenje proxy strežnika. Ko proxy strežnik ne najde zahtevanega spletnega mesta v svojem predpomnilniku in nato prenese novo kopijo s spletnega strežnika, izvaja pasivno predpomnjenje. Aktivno predpomnjenje se pojavi, ko je proxy strežnik nedejaven in predpomni spletna mesta, do katerih uporabniki v omrežju pogosto dostopajo. Z omogočanjem aktivnega predpomnjenja lahko skrbniki omrežja zagotovijo, da ima proxy strežnik svežo kopijo vsebine. Slaba stran aktivnega predpomnjenja je, da lahko zahteva več pasovne širine in morda ni primeren za strežnike, ki imajo omejitve pasovne širine ali zahtevajo izpad.
Podatki, shranjeni iz predpomnilnika strežnika proxy, niso trajni in jih je treba redno posodabljati, da zagotovimo, da uporabniki dobijo najnovejšo različico vsebine. Čeprav je treba predpomnjene predmete posodobiti, ko se spremeni vsebina spletnega mesta, imajo tudi čas poteka. Ko element poteče, proxy strežnik preveri pri spletnem strežniku informacije o najnovejši različici vsebine. Če pride do spremembe, bo prenesena nova kopija; sicer mu ni treba znova prenesti vsebine in samo posodobi čas poteka. Proxy strežniki vodijo dnevnik teh dejanj, tako da lahko skrbniki vidijo, kako pogosto strežnik zajema novo vsebino in kako pogosto uporabniki dostopajo do vsebine neposredno iz predpomnilnika.
Predpomnjenje proxy strežnika ima pomanjkljivost v tem, da lahko včasih škoduje zmogljivosti omrežja. Če skrbnik omrežja na strežniku dodeli premalo prostora za predpomnjenje, bo moral strežnik še naprej odstranjevati elemente iz predpomnilnika. Predmeti, ki so najmanj uporabljeni ali najhitreje potečejo, bodo običajno najprej odstranjeni, da se naredi prostor za več predmetov, ko se pojavi potreba.