Da Nidaros ble egen kirkeprovins 1153, begynte straks omformingen av Olav Kyrres Kristkirke til en romansk katedral, verdig kirkens nye status. Vestverket ble gjenbrukt som katedralens sentraltårn, ved at hjørnene ble forsterket til kraftige pilarer, og veggene uthulet med store bueåpninger. Kirkeskipet ble revet, men fundamentene gjenbrukt til langkorets bueganger. Romanske tverrskip ble oppført nord og sør for sentraltårnet, og et eget kapell – Kapittelhuset – ble oppført på utsiden av selve kirken. Borgerkrigene på 1100-tallet drev erkebiskop Øystein Erlendsson i landflyktighet til England i 1180, og arbeidet lå praktisk talt nede. Da erkebiskopen vendte tilbake 1183 bragte han med seg dyktige steinhoggere og mange nye impulser fra den tidlige engelske gotikken. De øverste delene av tverrskipene og den øvrige katedralen ble derfor bygget i gotikk.