La cathédrale actuelle est la troisième qui ait été construite à cet emplacement.

La première datait du Ve siècle. Vers 400, Nicaise évêque d'origine grecque place sa cathédrale au cœur de la cité, il la dédie à Marie Mère de Dieu.Clovis y fut baptisé, avec une partie de ses guerriers, par l'évêque Remi en 496 (498). Le baptistère se dressait au flanc nord du narthex en prolongement de l'église.

La seconde fut édifiée dès le début du IXe siècle (vers 817).

L'archevêque Ebbon, d'origine germanique, commence la construction du nouvel édifice, mais ses convictions politiques le font chasser en 835. L'empereur Charles II le Chauve (règne 840-877), place à Reims, en 841, son ami d'enfance et conseiller Hincmar.

Celui-ci venait de l'abbaye de Saint-Denis, il termina l'édifice et contribua à faire de la cathédrale de Reims le lieu du sacre des rois de France. La cathédrale fut consacrée, en 862, par l'archevêque Hincmar en présence de Charles le Chauve.

L'archevêque Adalbéron, en 976, fit subir à la cathédrale des transformations importantes, il prolongea la nef de trois travées et fit édifier entre autres, le clocher-porche appelé la "Vieille Tour".

De 1140 à 1160, reconstruction de la façade ouest et du chœur, agrandissement de la nef de deux arcades et élévation de deux tours, par l'archevêque Samson, sous le règne de Louis VII le Jeune (des chapiteaux de cette époque furent retrouvés par l'architecte Henri Deneux, lors de fouilles effectuées entre 1919 et 1930).

Le 6 mai 1210, anéantissement par un incendie qui détruisit une grande partie de la ville.

La troisième, la cathédrale actuelle, fut édifiée dès 1211, sous le règne de Philippe II Auguste (1180-1223). L'archevêque Aubry de Humbert posa la première pierre le 6 mai 1211, un an jour pour jour, après la destruction de la cathédrale carolingienne.

Reconstruction de la Basilique Saint-Remi entreprise en 1005, par l'abbé Airard, continuée par l'abbé Thierry et achevée par l'abbé Hérimar (1045-1070).