Au Ve siècle, saint Trophime, première évêque d'Arles, transforme en cathédrale une basilique primitive, alors dédiée à Saint Etienne. Les invasions des VII-VIIIe siècles provoquent la destruction de cet édifice. Une reconstruction est entreprise à l'époque carolingienne. Il en reste certains murs. Plusieurs restaurations sont faites aux X-XIe siècles. C'est à cette époque que le nom de saint Trophime, dont les reliques sont transférées pour la première fois dans la cathédrale, l'emporte sur saint Etienne. Ces reliques, enlevées en 1078, sont ramenées en 1152, après de nouveaux travaux qui transforment la nef et la crypte.