Um 346 wurde das Bistum gegründet. Von den ersten Bauten ist nichts bekannt. Vor 798 wurde Theodulfus Aurelianensis (+821) Bischof von Orléans. Er war seit 785 Berater von Karl dem Großen, und mit seiner Entsendung nach Orléans auch Abt von Saint-Aignan (obj-565) und von Saint-Benoît-de-Fleury (obj-445). Im Jahr 800 weilte Karl bei Theodulfus, um mit ihm nach Rom zur Kaiserkrönung zu reisen. Ab 798 wird es auch zu baulichen Veränderungen an der Kathedrale gekommen sein. Zumal möglicherweise von der Romreise Teile des Heiligen Kreuzes hierher kamen, worauf auch das Patrozinium in Sainte-Croix geändert wurde. Es ist stark zu vermuten, dass hier wie in Saint-Benoît-de-Fleury und wohl auch in Saint-Aignan ein Westbau errichtet wurde. Bei Ausgrabungen 1890 sind Reste der romanischen Kathedrale gefunden worden, die nach dem Brand von 989 entstanden ist. An ihr ist ein Westbau nachgewiesen worden, wie auch der heutige Bau von 1278 eine massive doppeltürmige Westfront besitzt.

L'évêché a été fondé vers 346. On ne sait rien des premières constructions. Avant 798, Theodulfus Aurelianensis (+821) devint évêque d'Orléans. Il était conseiller de Charlemagne depuis 785 et, lorsqu'il fut envoyé à Orléans, il fut également abbé de Saint-Aignan (obj-565) et de Saint-Benoît-de-Fleury (obj-445). En 800, Charles séjourne auprès de Théodulfus pour se rendre avec lui à Rome pour le couronnement de l'empereur. A partir de 798, la cathédrale subit également des modifications architecturales. D'autant plus qu'il est possible que des parties de la Sainte-Croix y soient arrivées après le voyage à Rome, ce qui a entraîné le changement du patronage en Sainte-Croix. Il est fort probable qu'un bâtiment occidental ait été construit ici, comme à Saint-Benoît-de-Fleury et probablement aussi à Saint-Aignan. Lors de fouilles en 1890, des vestiges de la cathédrale romane, construite après l'incendie de 989, ont été découverts. Il a été prouvé qu'elle possédait un bâtiment occidental, tout comme l'édifice actuel de 1278 possède une façade occidentale massive à deux tours.

- Skalecki, Georg 2024. S. 5-44, Kat. A37. [...]