W końcu X w. biskupi Liège stali się władcami księstwa, a relikwie św. Lamberta spoczywające w katedrze miały je chronić przed wrogami. Kolejna przemiana katedry nastąpiła za czasów pierwszego księcia-biskupa Notgera na przełomie X i XI w. Wzniesiono wówczas nową budowlę w stylu romańskim, długą na niemal 100 m. Szczątki św. Lamberta umieszczono w krypcie pod kościołem. Nowa katedra była budowlą dwuchórową i dwuwieżową i stanowiła wzór dla późniejszej architektury regionu nadmozańskiego. Rozkwitająca w tym okresie szkoła katedralna czyniła z miasta wiodący ośrodek intelektualny Europy.