A diocese do Porto já tinha bispo no último quartel do séc. VI, mas não se sabe em que local estaria edificada a igreja episcopal. Em 1114, a diocese foi definitivamente restaurada, sendo seu titular D. Hugo. Em 1120, a condessa D. Teresa doou, a D. Hugo, o couto do Porto, que ficou assim a ser um senhorio episcopal, fonte de vários e frequentes conflitos com a população do burgo e com a Coroa, devido aos direitos que esse senhorio conferia aos bispos .
Nesse tempo, a primitiva Sé do Porto não passava duma modesta ermida (construída, segundo a lenda, pelo bispo D. Nónego, nos inícios do séc. X) alcandorada no cimo do morro da Pena Ventosa. Esta ermida foi destruída para dar lugar à nova Sé, que começou a ser construída sensivelmente no mesmo local, no séc. XII, ainda no tempo de D. Teresa, que morreu em 1130. Destes tempos remotos, recordam-se, ainda, o palácio de D. Teresa (um prédio situado na actual Rua de S. Sebastião e que seria, mais tarde, o aljube eclesiástico e, depois, cadeia civil; neste Aljube Velho eram recolhidas, em especial, as prostitutas que infringiam as leis da higiene pública, e mais tarde serviu também de asilo para rapazes vadios. Hoje é uma casa particular), bem como o topónimo Escadas da Rainha, o actual Terreiro de D. Afonso Henriques.
Começou a ser construída em estilo românico, de que restam ainda as naves e as fachadas, nomeadamente as ameias características das igrejas-fortalezas da época, muitas vezes com dupla função de casa de oração e de local de refúgio face às investidas dos inimigos. Do "claustro velho" românico, restam arcos com ornamentos geométricos e que integrava, outrora, o chamado "cemitério do Bispo", alguns túmulos e sarcófagos, várias peças arqueológicas e restos de obras já desaparecidas, como é o caso do portal românico da Sé, substituído pelo actual, em 1722.
A construção foi interrompida e retomada várias vezes, ficando terminada nos primeiros anos do reinado de D. Dinis (1279-1325). Mas as obras (acrescentos, melhoramentos, modificações, etc.) nunca mais pararam, ao sabor dos estilos de cada época, já que cada novo bispo queria deixar o seu nome ligado à igreja-mãe da diocese.