Eine Christliche Gemeinde existierte in der bedeutenden römischen Stadt Colonia Claudia Ara Agrippinensium vielleicht schon im 2. Jahrhundert, sicher aber am Ende des 3. Jahrhunderts. Die erste gesicherte Nennung von Bischofs Maternus stammt vom Konzil von Rom im Jahr 313 und 314 vom Konzil von Arles. Innerhalb der römischen Wohnbebauung des 1. Jahrhunderts bestand ein römischer Tempel (ca. 50 n. Chr.  bis ca. 388 Abbruch). Dieser Tempel blieb zunächst stehen und erhielt wohl sogar erst nach 375 eine neue Säulenvorhalle. In dieser Bebauung am nördlichen Rand der Stadt, unmittelbar an der Stadtmauer gelegen, war der Standort des ersten Doms. Belegt sind Grenzstreitigkeiten zwischen der Tempelverwaltung und dem Bischof. Um 300 entstand die erste frühchristliche Bischofskirche (Bau Ia), wohl unter Bischof Maternus (erstmals genannt 313). Es handelte sich wohl um einen Saal, der gewestet war. Mauerzüge sind nicht ergaben, nur Estrichlagen. Somit ist die Ausdehnung nicht exakt festzustellen. Nach Doppelfeld war die Kirche nach Westen ausgerichtet, nach Ristow soll sie nach osten orientiert gewesen sein. Nach dem Abbruch des Tempels um 388 erfolgte eine Erweiterung, wohl um ein Atrium im Osten. Diese Erweiterung der frühchristlichen Bischofskirche ist als Bau Ib zu benennen. Nach Ristow war dieser Bau ein aus der heutigen Achse verschobener Rechteckbau (11 x 25m) mit Ostapsis (= sogenannte Doppelfeld Oratorium) sowie mit einem Ostatrium, was eher unwahrscheinlich ist. Zusätzlich gab es ein Baptisterium im Osten über einem römischen Brunnen. Die frühchristliche Bischofskirche, Bau Ic, war nach Doppelfeld ein freistehendes Oratorium als Begräbnisraum, östlich davon lag ein geheizter Raum (Bischofsresidenz?) sowie östlich ein Baptisterium. Diese Bauten stammen aus dem Ende des 5. Jahrhunderts (um 537 dendrochronologisches Datum der Gräber).

Um 550 gab es erhebliche Veränderungen, die fränkische Bischofskirche Bau II entstand. Das Oratoriums und das Atrium wurden überbaut von einer dreischiffigen Kirche (24 x 43 m, Mittelschiff 12 m) mit Ostapsis und einem westlichen Vorbau. Im Inneren gab es eine schlüssellochartige Ambo/Bema, die wohl im 8. Jahrhundert zur rechteckigen Schola Cantorum umgebaut wurde. Das östlich gelegene Baptisterium wurde mit einer Atriumsmauer in den Dombezirk integriert.

Den nächsten großen Einschnitt gab es mit der Ernennung von Hildebold, einem engen Vertrauten von Karl, zum Bischof 787 und der Erhebung zum Erzbistum um 795. Jetzt entstand der karolingischer Dom Bau IIIa (Doppelfeld Bau VI). Das Bodenniveau wurde angehoben, und es entstand eine dreischiffige Basilika mit Westquerhaus, hochgelegenem Chor im Westen, einer Westkrypta sowie einem Rechteckchor mit Apsis im Osten. Im Westen gab es ein Ringatrium und Rundtürme (vgl. St. Gallener Klosterplan) sowie ein großes Westatrium mit Torbau, ähnlich beispielsweise Saint-Riquier (obj-3),  Lorsch (obj-23) oder Corvey (obj-25). Es ist zu vermuten dass dieser große Neubau eventuell erst zur Zeit der Erhebung zum Erzbistum um 795 erfolgt ist. Der Rohbau war erst 850 fertiggestellt. 855 gab es einen Brand, die Neubauweihe erfolgte dann erst 873. Dieser Bau war aber unter Hildebold (747-818) geplant und schon begonnen, die Ausführung stockte aber und dauerte länger.

Ein spätkarolingischer Umbau (Bau IIIb) erfolgte unter Erzbischof Bruno 956/965. Er erweiterte den Dom um zwei weitere Seitenschiffe zur Fünfschiffigkeit. 1247 erfolgte der Beschluss zu einem gotischen Neubau, 1248 brannte der Dom aus. Der gotische Neubau wurde 1248 begonnen, 1528 wurden die Arbeiten unvollendet eingestellt. Erst ab 1842 wurde der Bau fertiggestellt.

Une communauté chrétienne existait déjà dans l'importante ville romaine de Colonia Claudia Ara Agrippinensium, peut-être au IIe siècle, mais certainement à la fin du IIIe siècle. La première mention sûre de l'évêque Maternus date du concile de Rome en 313 et du concile d'Arles en 314. Au sein de l'habitat romain du 1er siècle, il existait un temple romain (d'environ 50 après J.-C. à environ 388 démolition). Ce temple est d'abord resté debout et n'a même probablement reçu un nouveau porche à colonnes qu'après 375. C'est dans cette construction située à la périphérie nord de la ville, directement à côté du mur d'enceinte, que se trouvait l'emplacement de la première cathédrale. Des litiges frontaliers entre l'administration du temple et l'évêque sont attestés. La première église épiscopale paléochrétienne (bâtiment Ia) a été construite vers 300, probablement sous l'évêque Maternus (cité pour la première fois en 313). Il s'agissait probablement d'une salle qui avait été vêtue d'or. Il n'y a pas de murs, seulement des chapes. Il n'est donc pas possible de déterminer l'étendue exacte. Selon Doppelfeld, l'église était orientée vers l'ouest, selon Ristow, elle aurait été orientée vers l'est. Après la démolition du temple vers 388, un agrandissement a eu lieu, probablement autour d'un atrium à l'est. Cette extension de l'église épiscopale paléochrétienne doit être nommée bâtiment Ib. Selon Ristow, il s'agissait d'un bâtiment rectangulaire (11 x 25 m) décalé par rapport à l'axe actuel, avec une abside à l'est (= oratoire de Doppelfeld) et un atrium à l'est, ce qui est plutôt improbable. Il y avait en outre un baptistère à l'est, au-dessus d'un puits romain. L'église épiscopale paléochrétienne, construction Ic, était, selon Doppelfeld, un oratoire isolé servant de salle funéraire, à l'est duquel se trouvait une salle chauffée (résidence épiscopale ?) ainsi qu'un baptistère à l'est. Ces constructions datent de la fin du 5e siècle (vers 537 date dendrochronologique des tombes).

Vers 550, des modifications importantes ont eu lieu, l'église épiscopale franque Bau II a été construite. L'oratoire et l'atrium furent surmontés d'une église à trois nefs (24 x 43 m, nef centrale 12 m) avec une abside à l'est et un porche à l'ouest. A l'intérieur, il y avait un ambon/bema en forme de trou de serrure, qui a probablement été transformé en Schola Cantorum rectangulaire au 8ème siècle. Le baptistère, situé à l'est, a été intégré dans le quartier de la cathédrale par un mur d'atrium.

L'étape suivante fut la nomination d'Hildebold, un proche de Charles, comme évêque en 787 et son élévation au rang d'archevêché vers 795. C'est alors que la cathédrale carolingienne fut construite, le bâtiment IIIa (Doppelfeld bâtiment VI). Le niveau du sol fut surélevé et une basilique à trois nefs fut construite avec un transept occidental, un chœur surélevé à l'ouest, une crypte occidentale ainsi qu'un chœur rectangulaire avec abside à l'est. A l'ouest, il y avait un atrium circulaire et des tours rondes (cf. plan du monastère de Saint-Gall) ainsi qu'un grand atrium occidental avec une porte, semblable par exemple à Saint-Riquier (obj-3), Lorsch (obj-23) ou Corvey (obj-25). On peut supposer que cette grande construction n'a peut-être été réalisée qu'au moment de l'élévation au rang d'archevêché vers 795. Le gros oeuvre n'a été achevé qu'en 850. En 855, il y eut un incendie, la consécration du nouveau bâtiment n'eut lieu qu'en 873. Cette construction avait cependant été planifiée et déjà commencée sous Hildebold (747-818), mais l'exécution s'est arrêtée et a duré plus longtemps.

Une reconstruction carolingienne tardive (Bau IIIb) eut lieu sous l'archevêque Bruno en 956/965. Il agrandit la cathédrale de deux nefs latérales supplémentaires pour en faire une cathédrale à cinq nefs. En 1247, la décision fut prise de construire une nouvelle cathédrale gothique, qui fut incendiée en 1248. La nouvelle construction gothique fut commencée en 1248, mais les travaux furent interrompus en 1528, sans être achevés. Ce n'est qu'à partir de 1842 que la construction fut achevée.

- Skalecki, Georg 2024. S. 5-44, Kat. A33. [...]