Kaplica zbudowana jest na planie ośmiokąta, który w starożytności uznawany był za formę doskonałą, znajdującą się pomiędzy kołem a kwadratem. Koło pozbawione początku i końca symbolizowało nieskończoność nieba. Kwadrat, natomiast, symbolizował ograniczoną formę Ziemi, a jego cztery kąty wyznaczały kierunki niebieskie. Wymiary kaplicy odzwierciedlają biblijne rozmiary niebiańskiego Jeruzalem: długość, szerokość i wysokość są sobie równe. Kaplica mająca 30,9 m wysokości była w momencie powstania największym budynkiem z kopułą na północ od Alp. Konsekracja świątyni odbyła się prawdopodobnie ok. 801 roku. Według pewnego listu Hadriana IV z 1157 roku, rzekomo papież Leon III osobiście ją przeprowadził. Zajście tej historycznie wątpliwej okoliczności datują Annales Iuvavenses maiores wówczas na święto Objawienia Pańskiego roku 805.
Katedra była sukcesywnie rozbudowywana, tak by sprostać ogromnemu napływowi pielgrzymów przybywających do Akwizgranu, którzy oddawali cześć tzw. Wielkim Relikwiom Akwizgrańskim oraz Karolowi Wielkiemu, kanonizowanemu przez antypapieża w 1165 roku. W latach 1355–1414 wzniesiono gotyckie prezbiterium, wzorowane na Sainte-Chapelle w Paryżu.