Le noyau de la cathédrale est constitué par la basilique octogonale à coupole dont Charlemagne entreprit la construction peu avant 800. Il s'agissait alors du premier édifice d'inspiration byzantine construit au nord des Alpes. Le choeur gothique commencé en 1355 fut consacré en 1414 pour le 600e anniversaire de la mort de l'empereur. Elle est inscrite sur la liste du Patrimoine mondial établie par l'Unesco.