לאחר מותו של אדוארד המודה התחולל משבר ירושה, במסגרתו טען ויליאם דוכס נורמנדי, אחיינו של המלך, לכתר האנגלי. מועצת המלך בחרה באחיו של המלך הרולד גודווינסון, והכתרתו למלך במנזר וסטמינסטר. החלטה זו הביאה לפלישת ויליאם לאנגליה בשנת 1066.
לונדון בימי הביניים.
לונדון וויליאם הכובש.
ההגדרה של ימי הביניים בהיסטוריה הבריטית שונה במעט מההגדרה של התקופה באירופה, ומקובל להגדיר את הפלישה הנורמנית לאנגליה בשנת 1066 כתחילתה של התקופה בבריטניה. ויליאם, דוכס נורמנדי טען לזכותו לכתר, אולם מועצת המלך העדיפה את הרולד גודווינסון. בעקבות החלטה זו פלש ויליאם לממלכה וכבש אותה לאחר ניצחונו בקרב הייסטינגס. במהלך הכיבוש שרף ויליאם את אזור סאת'ק אולם לא נכנס לעיר לונדון עצמה, והמתין דרומית מערבית לעיר, באזור ברקהאמסטד לנציגי העיר להכיר בו כמלך החוקי של לונדון. מחשש מפני הרס העיר, מנהיגי העיר הסכימו במהירות להכיר בו כמלך, וויליאם, בתמורה, הכיר בשלטון העצמי של העיר בצו מלכותי משנת 1067 אשר הבטיח את זכויות העיר ואת זכויות תושביה למשול בעצמם.
תחת שלטונו של ויליאם הכובש נבנו מספר מצודות צבאיות באזור לונדון, מצודת לונדון, טירת ביינארד וטירת מונטפיצ'ט, על גדות נהר התמזה, הן כדי להבטיח את שלטונו של ויליאם באזור, והן על מנת להגן על האזור מפני התקפות של ויקינגים.
זכויות הבחירה של ראש העיר וזכויותיהם של התושבים הפכו רשמיים עם הצווים שניתנו על ידי המלך ג'ון בשנת 1199 ובשנת 1215.
בשנת 1097 החל ויליאם רופוס, בנו של ויליאם הכובש, בבניית "אולם וסטמינסטר" שהיווה את הבניין הראשון של ארמון וסטמינסטר - ארמון המגורים של מלכי אנגליה בימי הביניים.
בשנת 1176 החלה בניית גשר לונדון (עבודות הבנייה הסתיימו ב-1209) באתר בו עמד גשר עץ קדום יותר. הגשר עמד על מכונו במשך 600 שנה, והיה הגשר היחיד על התמזה עד שנת 1739.
מרד הברונים.
ב-1216 מרדו הברונים האנגליים במלכם ג'ון, בשל עריצותו (אירוע שנקרא מלחמת הברונים הראשונה), וקראו לנסיך לואי לפלוש לאנגליה כדי להגן עליהם כתמורה לכתר ממלכת אנגליה. לואי השמיני, לימים מלך צרפת נשלח לאנגליה על ידי אביו, פיליפ השני ויצא בראש הצבא המלכותי של צרפת, כנגד המלך ג'ון, לואי כבש את העיר וערך בה מצעד ניצחון בדרכו לקתדרלת סנט פול, בה באפריל 1216 הוכרז כמלך אנגליה על ידי תושבי העיר (למרות התנגדותו של האפיפיור אינוקנטיוס השלישי). במהלך החודשים הבאים כבש לואי יותר ממחצית ממלכת אנגליה, אולם לאחר שנה וחצי של מלחמה, ואחרי מותו של המלך ג'ון, ערקו רוב הברונים המורדים בחזרה לצד האנגלי. לואי ניסה לכבוש את דובר ולהגן על מאחזו בטירת לינקולן, אך ידם של הצרפתים הייתה על התחתונה. לואי נאלץ לסגת ללונדון ולקרוא לעזרת צרפת, אך צי האניות שנשלח לעזרתו הושמד בידי האנגלים ליד חופי דובר, והוא נאלץ לחתום על הסכם למבת' (ספטמבר 1217) שלפיו ויתר על כל תביעותיו לכתר האנגלי תמורת פיצוי כספי.
מרד האיכרים.
במהלך מרד האיכרים של 1381 בהנהגתו של ווט טיילר פלשו כוחות הצמיתים לעיר לונדון ולמצודת לונדון וערפו את ראשם של הלורד צ'נסלור (ראש השרים), שר האוצר, והארכיבישוף סיימון סדברי. הצמיתים בזזו את העיר והעלו אותה באש. טיילר עצמו נדקר למוות על ידי הלורד ראש העיר של לונדון, ויליאם וולוורת', בסמית'פילד ובכך שם ראש העיר קץ למרד האיכרים במו ידיו.
גידולה של העיר והתפתחות המסחר.
במהלך ימי הביניים גדלה העיר והתפתחה בשני כיוונים שונים. במעלה הנהר הפכה וסטמינסטר להיות הבירה המלכותית - מקום מושבם של בית המלוכה ומרכז הממשלה. במקום בו עמדה העיר הרומית - הפכה הסיטי של לונדון מרכז מסחר וכלכלה. שתי הערים גדלו אחת לכיוון השנייה ובשנת 1600 הפכו לרצף עירוני אחד.
בשנת 1100 התגוררו בלונדון למעלה מ-15,000 תושבים. עם התפתחות המסחר גדלה העיר ובשנת 1300 התגוררו בה כבר למעלה מ-80,000 תושבים. בעיר נוצרו גילדות רבות אשר ארגנו את המסחר בעיר ובחרו את ראש העיר של לונדון. מבנה העיר היה אופייני לערים בימי הביניים - רחובות מפותלים ובניני עץ צפופים שגגותיהם עשויים קש או עץ.
הצפיפות הרבה ותנאי התברואה הגרועים הקלו על התפשטות מגיפות. בין השנים 1348 (המגפה השחורה) ו-1666 (המגפה הגדולה) מתו כמחצית מתושבי העיר בשישה-עשר אירועים שונים של מגיפות. במהלך מגפה הגדולה עצמה בשנת 1665 נפטרו כ-100,000 תושבים (20% מתושבי העיר באותה עת).
לונדון בתקופת טיודור (1485-1603).
עם נישואיו של הנרי השביעי לאליזבת מיורק הסתיימה מלחמת השליטה הממושכת שנודעה בשם מלחמת השושנים. הנרי השביעי החליט לבסס את שלטונו באמצעות הגברת הריכוזיות בממלכה, והחזרת מוסדות השלטון לידי הכתר. כדי לסמל את ריכוזיות המלוכה ואת מקום מושבה בוסטמינסטר הזמין את בניית "קפלת הנרי השביעי" במנזר וסטמינסטר. המלך שמר על השלטון העצמי של העיר. כקודמיו נהג ללוות מאיגוד העיר לונדון כספים על מנת לממן את מלחמותיו עם הצרפתים. בניגוד לקודמיו, הוא גם פרע את ההלוואות במועד. בתקופתו, במיוחד בגלל אי התערבות בית המלוכה בחיי המסחר, צמח המסחר בלונדון והעיר גדלה.
בשנת 1497 ניסה פרקין וורבק שטען שהוא ריצ'רד משרוסברי, דוכס יורק לתקוף את העיר ולהביא לנפילתו של המלך אדוארד החמישי (שהיה אז ילד). הניסיון נכשל. וורבק נתלה בטייברן, וריצ'רד נכלא במצודת לונדון.
תקופת הרפורמציה עברה בלונדון כמעט בלא שפיכות דמים. לפני הרפורמציה, היה יותר ממחצית שטחה של לונדון בבעלות מנזרים ומוסדות דתיים אחרים וכשליש מתושביה היו נזירים, נזירות ואנשי דת. החלטתו של הנרי השמיני לפרק את כל המנזרים זכתה לפיכך לאהדה מצד תושבי העיר, שהיו הנהנים העיקריים משינוי הבעלות. התהליך נמשך בערך משנת 1530 עד 1538 כשרוב המנזרים והרכוש הכנסייתי מצא עצמו בסופו של דבר בידי הגילדות השונות של העיר בתקופת מלכותו של אדוארד השישי, כתשלום על חובות הכתר לעיר לונדון. זכרם של מנזרים אלה מצוי בשמות אתרים שנותרו בסיטי של לונדון - בלקפריירז ("הנזירים השחורים") וגרייפריירז ("הנזירים האפורים").
עם מותו של הנרי השמיני בשנת 1547, עלה על כס המלוכה אדוארד השישי, בנו מאשתו השלישית, ג'יין סימור שנפטרה בעת לידתו. אדוארד השישי היה רק בן 9 כשהומלך ובן 15 היה במותו ממחלת השחפת. את אדוארד השישי הייתה אמורה להחליף אחותו מרי, בתם של הנרי השמיני וקתרין מאראגון, אולם מאחר שאדוארד השישי נקב בשמה של הליידי ג'יין גריי כמי שתעלה על הכס תחתיו, וזאת כדי למנוע את המלוכה ממרי הקתולית, המלכתה של מרי נאלצה לחכות, אך לא להרבה זמן. לכששמעה מרי על מותו של המלך הגיעה למזרח אנגליה כדי לארגן את תומכיה לעלייה על לונדון. תוך זמן קצר עברה תמיכתם של מוקדי הכח בלונדון מליידי ג'יין גריי למרי, וב - 19 ביולי 1553 הוכרזה מרי הראשונה מלכה. ג'יין שמלכה רק תשעה ימים נאסרה ומאוחר יותר הוצאה להורג.
התפתחות המסחר.
בתקופה זו החלה חשיבותה הכלכלית של העיר לונדון לגדול גם מחוץ לאנגליה. בעיר התפתחה תעשייה זעירה (בעיקר תעשיית האריגה), והמסחר התרחב. סחורות הגיעו ללונדון מרוסיה והמזרח התיכון ונשלחו ממנה לאמריקה. בתקופה זו היו למספר חברות מסחריות מונופולין על המסחר לאזור מסוים, כך לדוגמה לחברת רוסיה שנוסדה בשנת 1555 היה מונופולין על המסחר עם רוסיה ולחברת הודו המזרחית הבריטית שנוסדה בשנת 1600 על פי צו מלכותי היה מונופולין על המסחר עם הודו. הרס אנטוורפן בשנת 1572 על ידי הספרדים יצר חלל בעולם הסחר האירופי, ולונדון (לצד אמסטרדם) הפכה לאחר מכן לעיר נמל מרכזית בכל אזור הים הצפוני.
מרבית תושבי העיר בתקופה זו התגוררו בשטחה של הסיטי בצפיפות רבה מאוד. הסטרנד קישר בין הסיטי לבין בתי המשפט בוסטמינסטר ולאורכו של הרחוב התגוררו האריסטוקרטים של התקופה.
ערוץ התעבורה העיקרי בין הסיטי לבין וסטמינסטר היה נהר התמזה, ולא הסטרנד. מלבד שני אזורים אלה הייתה העיר מוקפת חוות חקלאיות ואזורים חקלאים. קובנט גרדן היה שוק פתוח למכירת פירות וירקות.
בשנת 1561 פגע ברק בקתדרלת סנט פול. גג הכנסייה תוקן אולם צריח הכנסייה שנשרף כולו לא הוחלף (המבנה כולו נשרף זמן קצר מאוחר יותר במהלך השרפה הגדולה של לונדון).
בשנת 1565 נוסדה הבורסה למסחר של העיר על ידי סר תומאס גרשם, שנקראה על פי צו מלכותי של אליזבת הראשונה - הבורסה המלכותית.
העלייה במסחר הביאה לגידול רב במספר תושבי העיר ובמשך כ-100 שנה הכפילה העיר פעמיים את מספר תושביה מ-100,000 תושבים בשנת 1580 ל-200,000 בשנת 1600 ול-400,000 בשנת 1650.
התקופה האליזבתנית.
בסוף המאה ה-16, בתקופה שנקראת "העידן האליזבתני", התגורר ועבד בלונדון ויליאם שייקספיר. שייקספיר נחשב לאחד הגורמים העיקריים להתפתחותו של התיאטרון האנגלי, אולם אצילי לונדון באותה עת התנגדו לתיאטראות ולמופעים, שנחשבו בעיניהם בילוי המוני העלול לחולל התפרעויות. התיאטראות נחשבו לסכנה גם בגלל חששם של שליטי העיר כי הצפיפות עלולה להביא להתפשטות מגיפות, וכן בשל התנגדות הפוריטנים להופעות מנימוקים דתיים.
התיאטרון הצליח להתמודד עם התנגדויות אלה בעיקר בזכות העובדה כי המלכה אליזבת הראשונה אהבה תיאטרון, ועל פי הוראתה כתב ראש מועצת השרים ב-11 באפריל 1582 ללורד ראש העיר של לונדון: