XII secolo, metà: fondato in epoca incerta, il complesso è stato ricostruito intorno alla metà del XII secolo. Un'allusione alla rivolta delle città pugliesi sedata da Guglielmo il Malo nel 1156 è stata colta in uno dei capitelli della cripta che mostra l'Apoteosi di Alessandro Magno.

XII secolo, fine: risalirebbero a questa data i tre portali.

XIII secolo, inizio: campagna di decorazione scultorea esterna (baldacchino del portale centrale, finestrone absidale e arcata 'moresca' sovrastante, porta minore sud, esaforato meridionale con ricchi capitelli a stampella).

1229: magister Nicolaus realizza l'ambone.

1240: ciborio attribuito a Gualtiero da Foggia.

XV-XVII secolo: costruzione delle cappelle laterali e vari interventi ai campanili.

1721: restauri e ridecorazione dell'interno con stucchi.

XIX-XX secolo: varie campagne di restauro rimuovono gli stucchi settecenteschi ed eliminano le cappelle che nei secoli avevano occupato, ostruendole, le arcate del fianco destro.

La cattedrale ripropone in scala minore la struttura della basilica di San Nicola a Bari, con una organizzazione in tre navate divise da arcate su colonne, transetto non sporgente, e matronei sulle navate laterali. Il cambio di passo nei sostegni che dividono le navate, con l'inserimento di un pilastro in luogo delle colonne fra la terza e la quarta campata, fa supporre che qui si trovasse la separazione fra l'area accessibile a tutti i fedeli e la recinzione corale, alla quale molto probabilmente era addossato l'ambone.

Al di sotto del transetto si estende la cripta, da cui si accede all'area di scavo archeologico, che ha recentemente riportato alla luce i resti degli edifici preesistenti insieme con un brano di pavimento musivo con parti in opus sectile raffigurante un grifo.

La cattedrale insiste su un'area di cui i recenti scavi archeologici hanno consentito di riconoscere la frequentazione già in epoca romana. A differenza del prototipo barese di San Nicola, nella cattedrale di Bitonto gli elementi di spoglio sono quasi completamente assenti, se si esclude un frammento di lastra iscritta di età romana inserito nel plinto di una colonna in prossimità del fonte battesimale. 

Ambone con rilievo c.d. di Federico II.

Pergamo

Monumento funebre di Giovan Francesco de Ferraris

Pavimento musivo della chiesa inferiore.

Dopo la costruzione in età medievale, la cattedrale ha subito un'ampia serie di rifacimanti nel corso del XV e del XVI secolo, concentrati soprattutto sulle due torri campanarie poste ai alti dell'abside. La torre di nord-est nel 1484 minaccia rovina e vengono interpellati i capimastri Nunzio Barba, Paolo De Burgensia e Nicola Santo i quali, dopo aver esaminato la struttura, concludono "che lo campanile de la dicta ecclesia verso la piacza è necessario se abactire, che pate multo et stay tucto fracassato da intro, come oculatim àanno visto, et che è giudicio loro, non se poteva remediare, nè reconsare, se non se face de novo; et che dubitan tanto è ruynato et fracido, che li casacara sotto tutto" (Carabellese 1898; Bernich 1901). Il vescovo oppone alla ricostruzione la mancanza di fondi, e la questione viene rimandata finché nel 1486 re Ferrante ordina che si prenda il denaro necessario dalle possessioni confiscate al ribelle conte di Conversano e marchese di Bitonto. Nel 1488 la torre è compiuta e viene posto in opera un orologio pubblico, la cui manutenzione viene affidata al mastro Nicola del Piragino con la provvisione annua di tre carlini d'argento. Nuovi restauri si resero però necessari nel 1630, quando l'arcivescovo Fabrizio Carafa decide di ricostruirlo integralmente, e poi nuovamente nel 1806, quando vennero rinforzate le fondazioni e costruita una nuova scala a chiocciola.

Anche il campanile di sud est ha una vicenda tormentata. Nel 1450 è definito "nuovo", ma nel 1491 venne rifabbricato integralmente da mastro Ilarione da Acquaviva, figlio del quondam Nicola Maria già castellano di Trani (Bernich 1901, 58, con trascrizione del contratto). Mastro Ilarione si impegnava a ricostruirlo "con li balconati, archetti, colonnelli, jordanda e cappello come è lo altro campanile de ditta ecclesia, e di quella bellezza e altezza da non ci mancare niente". Tuttavia nel 1565 il campanile era nuovamente pericolante e il vescovo Cornelio stabilisce che non si celebri la messa nel sottostante altare di Sant'Agostino. Nel 1620 un restauro viene ordinato dal vescovo Giovan Battista Stella, e nel 1666 viene rinforzato ad opera del vescovo Alessandro Crescenzi. Ignota l'epoca di abbattimento del campanile, probabilmente da circoscrivere ai primi decenni del XVIII secolo.

Nell'area antistante la porta maggiore della cattedrale si svolgevano le assemblee plenarie dell'Universitas la quale, almeno dal 1460, possedeva anche il diritto su una delle campane della cattedrale (Carabellese 1898).

Secondo le fonti riportate da Bernich 1901, alle spalle della cattedrale si estendeva una piazza che arrivava fino al seggio di Sant'Anna. Ciò potrebbe in parte spiegare anche uno dei caratteri più interessanti e anomali della fabbrica, cioè la presenza, al di sopra del finestrone absidale, di una loggia aperta costituita da un singolo arco denominato "arco moresco", e strutturato come una sorta di loggia per le benedizioni. 

Da due atti notarili datati 1468 e 1476 sappiamo che i Vulpano dovevano possedere cappelle nella Cattedrale: la prima, eretta da Giovanni Vulpano, non era una vera e propria cappella "sfondata", ma un semplice altare addossato alla colonna collocata vicino alla scala per la quale si scendeva alla cripta. Nel 1476, però, il vescovo di Bitonto, l'urbinate Antonio d'Aiello, concesse a Giovanni Pasquale e a Leucio Vulpano la cappella di San Gregorio, la seconda che si apriva sul lato meridionale dell'edificio, previa distruzione dell'antico altare appartenuto a Giovanni (Carabellese 1899, 27-28, nota 3, Mongiello 1970, 113).

Rilievi in Schulz 1860.

Acquafredda 1937-1938: Vito Acquafredda, Bitonto attraverso i secoli, Bitonto 1937-1938.

Belli D'Elia 1975:  Alle sorgenti del Romanico. Puglia XI secolo, a cura di Pina Belli D'Elia, Bari 1975.

Belli D'Elia 1986: Pina Belli D'Elia, Italia romanica. La Puglia, Milano 1986.

Bernich 1901: Ettore Bernich, “L'arte in Puglia: Bitonto”, Napoli Nobilissima, 10, 1901, 56-61.

Bertaux 1904: Émile Bertaux, L’art dans l’Italie Méridionale, tome premier: De la fine de l’Empire Romain à la Conquête de Charles d’Anjou, Paris 1904.

Calò Mariani 1980: Maria Stella Calò Mariani, “La scultura in Puglia durante l'età sveva e protoangioina”, in La Puglia fra Bisanzio e l'Occidente, Milano 1980, 254-316.

Carabellese 1899: Francesco Carabellese, “L’attività artistica nella città di Bitonto attraverso il sec. XV-XVI”, Napoli Nobilissima, 7, 1899, 8-11; 27-29.

Castellano 1971: Antonio Castellano, Frammenti e sculture della Cattedrale di Bitonto, Bitonto 1971.

De Simone 1876: E.T. De Simone, Pochi giorni a Bitonto, 2 voll., Napoli 1876-1877.

Mongiello 1970: Giovanni Mongiello, Bitonto nella storia e nell'arte, Bari 1970.

Pasculli 1962: Giuseppe Pasculli, La storia di Bitonto, Bitonto 1962.

Schulz 1860: Heinrich Wilhelm Schulz, Denkmaeler der Kunst des Mittelalters in Unteritalien, Dresden 1860.

Simone 1888: Sante Simone, La Cattedrale di Bitonto e il suo restauro, Bari 1888.

Sylos 1933: Luigi Sylos, Restauro del Duomo di Bitonto. Relazione sulle opere d'arte, Bitonto 1933.

Valente 1901: Gaetano Valente, La Cattedrale di Bitonto, Bitonto 1901.

Vitucci 2011: Sara Vitucci, La cattedrale di Bitonto, Bari 2011.

Voce "Bitonto" (Belli d'Elia, 1992) nell'Enciclopedia dell'arte medievale.