Ze starej świątyni zachowano jedynie południowy mur krużganku oraz części z dawnej świątyni w tym spolia, figury patronów katedry oraz podziemia dawnych wschodnich wież, gdzie został pochowany Otton I i jego żona Edyta. Pozostałości romańskiej krypty odkryto w maju 2003. W pożarze w 1207 spłonęło także cesarskie palatium (Kaiserpfalz) znajdujące się na placu przed katedrą zwanym Nowym Rynkiem (Neuer Markt). Relikty domniemanego palatium zostały odkryte w latach 60. XX w.
Obecną budowlę zaczęto budować od prezbiterium w 1209 r. Po śmierci arcybiskupa von Keffenberga w latach 1335–1360 budowę patronował jego następca Wilibrand. Uznaje się tę katedrę za pierwsze w Rzeszy dzieło, które zostało wzniesione na schemacie francuskiego gotyku katedralnego. Zastosowano w niej nieznany dotąd w Niemczech chór z ambitem i wieńcem kaplic. Inaczej została wzniesiona część wschodnia od zewnątrz, zrezygnowano tutaj z francuskiego systemu konstrukcyjnego i dekoracji (przypory, łuki odporowe itp.), na rzecz tradycyjnych form nawiązujących do późnoromańskich kościołów. Przy ścianach empory, zbudowanej około 1230, tuż nad ambitem, w tzw.