Il est dit que la première église a été construite ici, autour de l'an 330, à l'aube du christianisme en Europe. Cette église contenait aussi un morceau de la Vraie Croix, qui avait été découvert à Jérusalem par Sainte-Hélène, la mère de l'empereur Constantin.

Parmi les premières cathédrales françaises , celle-ci fut achevée en 450 et, malgré d'importants dommages causés par les Normands, a survécu jusqu'à la fin du 10ème siècle, quand un grand incendie détruit la cathédrale et une grande partie de la ville.

Au 12ème siècle, une cathédrale imposante de style roman a été construit pour le remplacer. Ce fut l'une des plus grandes cathédrales de France, mais malheureusement les ambitions des concepteurs n'a pas été accompagnée par leurs compétences techniques et la cathédrale s'est effondré au début du 13ème siècle.

La construction de la prochaine version de la cathédrale d'Orléans a commencé en 1278 et finalement achevé en 1512. Même si elle a gardé quelques parties de l'ancienne cathédrale de style roman, il a été essentiellement construite dans le style gothique, «à la mode» dans cette période, avec arcs-boutants à soutenir la grande hauteur des murs de la nef. C'était la cathédrale qui était ici à l'époque de Jeanne d'Arc.

Les guerres de religion en France du 16ème siècle a vu beaucoup d'églises détruites, et une grande partie de la cathédrale d'Orléans a été détruite par les protestants en 1568.

Avec la signature de l'édit de Nantes en 1598 les guerres de religion étaient enfin terminée. Trois ans plus tard, en 1601, la construction d'une nouvelle cathédrale a commencé, principalement dans le style gothique. La construction de la cathédrale a pris presque jusqu'à la fin du 17ème siècle pour être achevée.

Au 18ème siècle la dernière partie restante de la cathédrale romane d'origine, l'entrée principale à l'ouest, a été démoli pour faire place à l'imposante façade que nous voyons aujourd'hui. La Révolution a interrompu le travail avant les deux tours ont été construites, et ceux-ci n'ont été réalisées entre 1817 et 1829.

Par la planification ou coïncidence, la cathédrale a été achevée exactement 400 ans qu'après Jeanne d'Arc avait brisé le siège d'Orléans par les Anglais. C'est aussi à cette époque que la zone en face de la cathédrale a été démoli pour faire place à la nouvelle rue Jeanne d'Arc, autant que nous le voyons

aujourd'hui.

Depuis cette époque, le clocher d'origine a été remplacé, et certains dommages ont été réparés après la Seconde Guerre mondiale, mais la cathédrale nous voyons à Orléans aujourd'hui est essentiellement la cathédrale construite entre 1601 et 1829.