Архиепископ Кельна Конрад фон Гохштаден 14 августа 1248 года, заложил первый камень в основание нового собора. С этого момента началась одна из самых длинных глав в истории европейского строительства. Спустя примерно 70 лет сооружение и отделка хоров были завершены. Возведение собора велось по чертежам его первого архитектора баумайстера Герхарда фон Риле.

Кельн, один из самых богатых и политически могущественных городов Священной Римской империи, считал нужным, следуя примеру Франции, иметь свой кафедральный собор - и его масштабы должны были затмить все остальные храмы. Была и другая причина для возникновения столь своеобразного замысла. Кельнский архиепископ Райнальд фон Дассель, канцлер и военачальник императора Фридриха I Барбароссы, получил от него останки Святых волхвов, или Трех королей, которые ранее хранились в одном из миланских монастырей. Так император отблагодарил владыку за боевую помощь при покорении Милана во время второго итальянского похода.

В 1164 году Райнальд фон Дассель с триумфом ввез реликвии в Кельн. Для них в течение десяти лет изготавливался саркофаг из серебра, золота и драгоценных камней - реликварий трех царей, шедевр мозанского искусства. Высокий ранг, которого Кельн достиг в западноевропейском христианском мире благодаря обретению этих реликвий, должен был воплотиться и в соответствующем кафедральном соборе.

Формы фундамента, заложенного в 1248 году, были позаимствованы у новых соборных комплексов, появившихся во Франции. Для того чтобы во внутренние помещения проникало больше света, вместо массивных стен были возведены стройные пилястры. А для того, чтобы стены были в состоянии выдержать огромный вес высоких сводов, была применена система внешних пилястр и арок. При этом арки имели не полукруглую форму, а были заострены в середине, что позволяло равномерно перекрыть ими всю поверхность здания.

Строительство собора началось с его восточной части. Спустя примерно 70 лет сооружение и отделка хоров были завершены. Возведение собора велось по чертежам его первого архитектора баумайстера Герхарда фон Риле. Вокруг внутренних хоров, в которых расположен главный алтарь из черного мрамора, проходит галерея с примыкающим к ней венцом часовен.

Большие оконные проемы отделаны орнаментом по камню, который именуется «ажурным». Таким же орнаментом, состоящим из колец и полуколец, украшены и все внутренние архитектурные украшения по сравнению с противоположной северной стороной.

Только после завершения строительства хоров и их внутренней отделки и сооружения стены на северной стороне была снесена простоявшая до тех пор западная часть каролингского собора, использовавшаяся для богослужений. В XIV веке были возведены южные нефы собора и второй этаж Южной башни. Зал ее первого этажа значительно отличается от прочих частей здания подчеркнутой утонченностью своих архитектурных элементов.

В XV веке было завершено строительство третьего этажа Южной башни, на которой были установлены отлитые в 1448-1449 годах колокола «Претитоза» и «Специоза». Только после этого началось возведение северных боковых нефов собора. В начале XVI века весь комплекс работ по сооружению среднего нефа был завершен установкой кровли собора в северной части на высоте боковых нефов.