Byggingen av den nåværende bygningen begynte på 1100-tallet i tidlig gotisk arkitektur for Sankt Romains tårn, sidene på fronten og deler av midtskipet. Katedralen ble rammet av brann i 1200, og som følge av den ble kirken helt ombygget. I løpet av de neste 400 årene ble katedralen utvidet og endret etter hvert som den gotiske perioden utviklet seg. På 1200-tallet ble midtskipet, transeptet, koret og første etasje av lanternetåret eller tiburio endret; og på 1300-tallet sideskipene, jomfru Marias kapell og inngangene på siden. En del av vinduene er fortsatt dekorert med glassmalerier fra 1200-tallet som blant annet er kjent for bruken av koboltblått glass, også kjent som «Chartres-blå» etter den noe eldre Chartreskatedralen.