Um 511 wurde das Bistum gegründet, wohl unter Nutzung eines Bauwerks des 4. Jahrhunderts, wie archäologischen Funde zeigen. Dieser erste Bau wurde ergraben und war ein Saal mit Rechteckchor. Vielleicht mit der Gründung des Bistums erweiterte man den Bau nach Osten und fügte eine Apsis an. Dieser Bau ist sicherlich später, noch vor den Normannenüberfällen 866, erneuert worden. Karl fördert Avranches und ließ es als Festung ausbauen, war möglicherweise im Frühjahr 800 selbst einmal vor Ort. Ob er auch einen Neubau der Kathedrale veranlasste, bleibt unklar. Spätere Bauten zeigen einen massiven altertümlichen Westbau, der von einem Vorgänger angeregt sein könnte. Ein Neubau erfolgte erst ab 1025, da zwischenzeitlich die Kathedrale wohl nicht nutzbar war. Dieser Neubau dauert bis 1121, er zeigte bereits den Westbau, der bis zur Zerstörung erhalten blieb. 1802 ist die Anlage zerstört worden. Der bis heute freie Platz ist partiell archäologisch untersucht worden.

Le diocèse fut fondé vers 511, probablement en réutilisant un édifice du IVe siècle, comme le montrent les découvertes archéologiques. Ce premier édifice, mis au jour lors de fouilles, était une salle dotée d'un choeur rectangulaire. C'est peut-être lors de la fondation du diocèse que l'on agrandit l'édifice vers l'est et que l'on y ajouta une abside. Cet édifice fut certainement rénové par la suite, avant les raids normands de 866. Charlemagne favorisa le développement d'Avranches et fit en sorte qu'elle soit transformée en forteresse ; il se serait peut-être rendu sur place au printemps 800. On ignore toutefois s'il a également ordonné la reconstruction de la cathédrale. Des constructions ultérieures révèlent un corps ouest massif et antique, qui pourrait s'inspirer d'un édifice antérieur. Une reconstruction ne débuta qu'à partir de 1025, la cathédrale ayant probablement été inutilisable entre-temps. Ces travaux durèrent jusqu'en 1121 et donnèrent naissance à la façade ouest qui subsista jusqu'à sa destruction. Le complexe fut détruit en 1802. L'espace, qui reste dégagé à ce jour, a fait l'objet de fouilles archéologiques partielles.