In der ehemals römischen Stadt Lugdunum Convenarum, die aus einer Oberstadt auf einer Anhöhe eines ehemaligen keltischen Oppidums und einer Unterstadt bestand, gab es schon früh Christen. Die Unterstadt war das eigentliche römische Zentrum mit allen Einrichtungen, wie Thermen, Forum und einer frühchristlichen Basilika. Diese war ein Saal mit Rechteckchor und einem später hinzugefügten Narthex. Die Bistumskirche lag aber wohl von Anfang an in der Oberstadt unter der heutigen Kathedrale. Erst nach den Zerstörungen durch die Vandalen 409 und nach der Eroberung durch Chlodwig wurde um 506 ein Bistum gegründet. Gregor von Tours erwähnt es um 585. Wie diese erste Bischofskirche aussah und wie ihre weitere Entwicklung war, ist unklar. Es ist von einem Saal auszugehen, und sicher gab es auch Veränderungen im 8./9. Jahrhundert. Gesichert ist erst der Neubau von 1100, ein einschiffiger Bau mit Narthex und einem massiven Westbau, der einen Vorgänger besessen haben könnte. Ab 1307 wurde ein großer gotischer Chor angefügt.

Dans l'ancienne ville romaine de Lugdunum Convenarum, qui se composait d'une ville haute située sur les hauteurs d'un ancien oppidum celte et d'une ville basse, il y avait des chrétiens dès les premiers temps. La ville basse constituait le véritable centre romain, avec toutes ses infrastructures, telles que les thermes, le forum et une basilique paléochrétienne. Celle-ci était une salle dotée d'un choeur rectangulaire et d'un narthex ajouté ultérieurement. L'église épiscopale se trouvait toutefois sans doute dès le début dans la ville haute, sous l'actuelle cathédrale. Ce n'est qu'après les destructions causées par les Vandales en 409 et après la conquête par Clovis qu'un évêché fut fondé vers 506. Grégoire de Tours en fait mention vers 585. On ignore à quoi ressemblait cette première église épiscopale et comment elle a évolué par la suite. On peut supposer qu'il s'agissait d'une église-halle, et il y eut certainement des modifications au VIIIe/IXe siècle. Ce qui est certain, c'est la reconstruction de 1100, un édifice à nef unique doté d'un narthex et d'un corps ouest massif, qui aurait pu avoir un prédécesseur. À partir de 1307, un grand choeur gothique fut ajouté.