Obecna katedra powstała po 1150 roku w stylu romanizmu prowansalskiego. W 1209 roku miał tu miejsce sobór narodowy. W XIV wieku znaczenie świątyni wzrosło ze względu na przeniesienie w 1305 do Awinionu siedziby papieża. Świątynia była miejscem ważnych wydarzeń – dokonano tu kanonizacji m.in. Bernarda z Comminges, Ludwika z Tuluzy i Tomasza z Akwinu. Ponadto w obecności króla Karola VI Ludwikowi Andegaweńskiemu nadano tytuł regenta. W 1334 roku papież Jan XXII ustanowił święto Trójcy Przenajświętszej.