Den gotiske middelalderkatedralen erstattet et forgjengerbyggverk som oppstod under den frankiske kong Childebert I (konge fra 511 til 558) rundt 540/550, en kirke som så ble katedral, kjent som Cathédrale St. Etienne (Stefansdomen). Den katedralen lå 40 meter vest for dagens Notre-Dame, var bredere og lavere og omtrent halvparten så stor. For sin tid var den svært stor, bestod av skip og fire sideskip separert av marmorsøyler, og dekorert med mosaikker.