Historioitsijat ovat tunnistaneet kaksi päätyyppiä keskiaikaisia katedraaleja, jotka on yleensä luokiteltu romaaniseksi ja goottilaiseksi. Romaaniseen tyyliin rakennetut katedraalit rakennettiin yleensä vuosien 800 ja 1200 välillä. Goottilaiset katedraalit rakennettiin yleensä vuosien 1200 ja 1500 välillä. Useimmat historioitsijat uskovat, että romaaninen arkkitehtuurityyli on lainattu voimakkaasti sekä Bysantin että Rooman valtakunnan arkkitehtonisista sopimuksista. Keskiaikaiset katedraalit, jotka on rakennettu goottilaiseen tyyliin, sisältävät tyypillisesti enemmän koristeellisia koristeita, ja niihin sisältyy yleensä arkkitehtonisia edistysaskeleita, jotka mahdollistivat suurempien ikkunoiden ja korkeammat katot.
Keskiajan romaanisen arkkitehtuurin pääpiirteitä ovat tyypillisesti erittäin paksut, vahvat kiviseinät, pienet ikkunat ja suuret pylväät, joiden tarkoituksena on pitää katedraalin katto pystyssä. Arkkitehdit käyttivät tuolloin lukuisia kiviholveja katedraaliensa rakentamiseen, luultavasti siksi, että he uskoivat, että tämä arkkitehtoninen ominaisuus voisi rajoittaa palovahinkoja tulipalon sattuessa. Kaaria löytyy myös monista romaanisen tyylin keskiaikaisista katedraaleista. Säännöllisiä kaaria käytettiin usein arkkitehtonisena tukena, mutta sokeat kaaret, kuten niitä kutsutaan, rakennettiin usein näiden katedraalien seiniin koristeeksi. Lisäksi monet romaaniseen tyyliin rakennetut katedraalit olivat rakenteeltaan ristinmuotoisia, niissä oli useampi kuin yksi korkea torni, ja niillä oli usein käytäviä, jotka kulkivat sisätilaa pitkin navaa.
Goottilaiset katedraalit ovat yleensä suurempia ja paremmin valaistuja kuin romaaniset keskiaikaiset katedraalit, koska nämä rakenteet pystyivät sisällyttämään arkkitehtonisia edistysaskeleita, jotka mahdollistivat ohuemmat, kevyemmät seinät ja suuret ikkunat. Useimmat arkkitehtuurin historioitsijat luottavat lentävän tukipukin keksimiseen goottilaisten arkkitehtonisten tyylien myötä. Tämän ominaisuuden ansiosta tuon ajan arkkitehdit pystyivät tukemaan tuomiokirkon raskasta kivikattoa ulkopuolelta, joten seinien ja sisäpylväiden ei tarvinnut olla niin paksuja estääkseen katedraalin romahtamisen.
Useimmat keskiaikaiset katedraalit, joissa on suuret lasimaalaukset, on tehty goottilaiseen tyyliin. Goottilaisissa katedraaleissa on tyypillisesti myös paljon korkeammat katot, vaikka ne yleensä sisältävät edelleen kaaria, holveja ja pilareita. Goottilaistyyliset katedraalit ovat tyypillisesti paljon koristeellisempia, etenkin ulkopuolelta. Irvityöt, veistetyt uskonnolliset kohtaukset, uskonnollisten henkilöiden patsaat ja jopa pienet humoristiset veistokset voivat näkyä goottilaistyylisissä katedraaleissa. Nämä katedraalit rakennettiin usein sisäkäytävillä laivan sivuilla, ja monet sisälsivät myös pieniä yksityisiä kappeleita ja pyhäkköjä, jotka rakennettiin laivan sivuilta.
Useimmat historioitsijat uskovat, että keskiaikaiset katedraalit rakensivat ammattitaidottomien työntekijöiden ryhmät, jotka yleensä opettivat hyvin koulutetut ja asiantuntevat käsityöläiset. Katedraalin rakentamisen tilasi yleensä hiippakuntien piispa, joka tyypillisesti keräsi lahjoituksia yhteisöltä ja erityisesti kuolemalta hankkeen rahoittamiseksi. Historioitsijat uskovat, että suuria keskiaikaisia katedraaleja pidettiin luultavasti välttämättöminä monien uskonnollisten pyhiinvaeltajien majoittamiseksi, jotka matkustivat tuolloin Euroopan läpi kulkiessaan eri yhteisöjen läpi kunnioittaakseen tärkeitä kristillisiä pyhäkköjä.