Historiker har identifierat två huvudtyper av medeltida katedraler, vanligtvis klassificerade som romanska och gotiska. Katedraler i romansk stil byggdes vanligtvis mellan omkring 800 och 1200 e.Kr. Gotiska katedraler byggdes vanligtvis mellan omkring 1200 och 1500 e.Kr. De flesta historiker tror att den romanska stilen för arkitektonisk konstruktion lånade mycket från de arkitektoniska konventionerna i både Bysans och det romerska imperiet. Medeltida katedraler byggda i gotisk stil inkluderade vanligtvis mer dekorativa utsmyckningar och vanligtvis inkorporerade arkitektoniska framsteg som möjliggjorde större fönster och högre tak.
De huvudsakliga kännetecknen för romansk arkitektur under medeltiden inkluderar vanligtvis mycket tjocka, starka stenväggar, små fönster och stora pelare avsedda att hålla upp katedralens tak. Arkitekter vid den här tiden använde många stenvalv när de byggde sina katedraler, förmodligen för att de trodde att denna arkitektoniska egenskap kunde begränsa brandskador i händelse av en brand. Valv finns också i många medeltida katedraler i romansk stil. Vanliga bågar användes ofta för arkitektoniskt stöd, men blindbågar, som de kallas, byggdes ofta in i väggarna i dessa katedraler som ett dekorativt inslag. Dessutom var många katedraler byggda i romansk stil korsformade i sin konstruktion, hade mer än ett högt torn och hade ofta gånggångar längs med långhusets sidor längs långhuset.
Gotiska katedraler är vanligtvis större och bättre upplysta än medeltida katedraler i romansk stil, eftersom dessa strukturer kunde införliva arkitektoniska framsteg som möjliggjorde tunnare, lättare väggar och större fönster. De flesta arkitekturhistoriker krediterar uppfinningen av den flygande strävpelaren med tillkomsten av gotiska arkitektoniska stilar. Denna egenskap gjorde det möjligt för dåtidens arkitekter att stödja katedralens tunga stentak från utsidan, så att väggar och inre pelare inte behövde vara lika tjocka för att förhindra att katedralen kollapsade.
De flesta medeltida katedraler med stora målade glasfönster är utförda i gotisk stil. Gotiska katedraler har vanligtvis också mycket högre tak, även om de fortfarande normalt innehåller valv, valv och pelare. Katedraler i gotisk stil är vanligtvis mycket mer utsmyckade, särskilt på utsidan. Gargoyler, skulpterade religiösa scener, statyer av religiösa figurer och till och med små humoristiska skulpturer kan dyka upp på katedraler i gotisk stil. Dessa katedraler byggdes ofta med invändiga gångar längs långhusets sidor, och många innehöll också små privata kapell och helgedomar konstruerade utanför långhusets sidor.
De flesta historiker tror att medeltida katedraler byggdes av grupper av okvalificerade arbetare, vanligtvis instruerade av välutbildade och kunniga hantverkare. Byggandet av en katedral beställdes vanligtvis av biskopen i stiften, som vanligtvis samlade in donationer från samhället, och särskilt från de som skulle dö, för att finansiera projektet. Historiker tror att stora medeltida katedraler förmodligen ansågs nödvändiga för att ta emot de många religiösa pilgrimer som reste genom Europa på den tiden och passerade genom olika samhällen för att hylla viktiga kristna helgedomar.