Nachdem 1164 die Reliquien der Heiligen Drei Könige nach Köln gekommen sind, war der Dom nicht mehr nur Amtskirche des wohl mächtigsten Erzbischofs des Reiches, sondern entwickelte sich auch zu einer der bedeutendsten Wallfahrtskirchen Europas. Als wichtigste Aufgabe erschien es dem Domkapitel, einen prachtvollen Goldschrein für die kostbaren Reliquien bauen zu lassen. In dem um 1200 in der Werkstatt des Nikolaus von Verdun entstandenen und mit ebenso kostbaren Edelsteinen wie kunstreichen Skulpturen geschmückten Schrein befinden sie sich noch heute. Erst danach gaben die Domherren zusammen mit Erzbischof Konrad von Hochstaden den Auftrag für den Bau einer neuen Kathedrale.

1248 wurde das neue Gotteshaus begonnen. Es war groß genug, die vielen Pilger aufzunehmen. Als Vorbild für den Neubau diente der neue französische gotische Baustil, vor allem aber die Kathedrale von Amiens. Nach etwa fünfzig Jahren war der gewaltige Chor vollendet und nach Westen hin mit einer provisorischen Trennwand abgeschlossen. Danach wuchsen zuerst die südlichen Seitenschiffe des Langhauses. Es entstanden der gewaltige Südturm mit zwei Stockwerken und abschließend die nördlichen Seitenschiffe.
Nach 1520 mussten die Bauarbeiten eingestellt werden. Der Bauwille war erlahmt, der gotische Baustil hatte sich überlebt, und die Finanzierung wurde immer schwieriger. Die Bauleute schlossen das Langhaus mit einem Notdach ab, und die Kölner benutzten den Dom für die nächsten paar hundert Jahre in diesem halbfertigen Zustand. Viele Abbildungen haben ihn so festgehalten und zeigen den hohen Chor, das niedrige Langhaus, den Stumpf des Südturms mit dem dort stehenden Drehkran.

(Barbara Schock-Werner, Dombaumeisterin zu Köln, 2010)

Die hiesige Objektgeometrie orientiert sich an der Darstellung des Doms in den Karten der zwischen 1836 und 1850 erarbeiteten Preußischen Uraufnahme (vgl. die historischen Karten in der Kartenansicht).