Bayeux est le siège d’un évêché depuis la fin de l’Antiquité et, sous les ducs de Normandie, joue le rôle de seconde capitale du duché jusqu’à ce que Guillaume le Conquérant transfère cette fonction à Caen. Cette décision est en partie motivée par le rôle joué par la cité épiscopale dans la révolte matée en 1047 à la bataille du Val-ès-Dunes. Le siège épiscopal reste cependant à Bayeux. Il est confié au demi-frère du duc, Odon de Conteville.
La première cathédrale romane a été consacrée en 1077, mais les travaux avaient dû commencer sous l’épiscopat d’Hugues d’Ivry (mort en 1049). La crypte est le seul témoin de cette période ainsi que les chapiteaux de la croisée du transept. La tour nord de façade contient une salle voûtée que les archéologues s’accordent à placer à une date charnière, dans les années 1070, pour la recherche des techniques de voûtement qui aboutiront aux croisées d’ogives.
Parmi les éléments les plus originaux de la période romane enfin, le décor des murs de la nef est remarquable. Cette partie de la cathédrale est datée de la seconde église romane, reconstruite après l’incendie de 1105, ordonné par le roi Henri Ier Beauclerc lors de sa marche victorieuse contre son frère Robert Courteheuse. Les travaux ont du commencer dès après la stabilisation du duché suite à la bataille de Tinchebray (1106) et se poursuivre sous l’épiscopat de Philippe d’Harcourt (1142-1163). Le décor de motifs géométriques en tapis continu des arcades de la nef se retrouve sur les églises voisines de Secqueville-en-Bessin et de Thaon. Mais à Bayeux, il est réellement exubérant. Ce style très décoré trouve sans doute son origine dans les modèles anglais rapportés à la suite d’Henri Ier et qu’on voit se diffuser dans beaucoup d’église normandes dans le premier tiers du XIIe siècle.