Još od kasnog 6. stoljeća, središte biskupije je bilo u Tournaiju gdje je stara katedrala od lokalnog plavo-sivog kamena, na uzvisini iznad južne obale rijeke Scheldt, dijelila grad na dva jednaka dijela. Početkom 12. stoljeća je na starim temeljima izgrađena građevina u kojoj je kombinirano više arhitektonskih stilova s veličanstvenim rezultatom. Teški i ozbiljni glavni brod je urađen u stilu romanike, što je u kontrastu s transeptom i oltarom koji su urađeni u stilu visoke- gotike. Transept je i najprepoznatljiviji dio građevine s pet zvonika i polukružnim apsidama na krajevima..
Biskup Gautier de Marvis (1219.-1252.), inspirian katedralom u Amiensu, dao je srušiti originalni romanički oltar u 13. stoljeću, kako bi ga zamijeni s izrazito velikim gotičkim. Gradnja je započela 1242. a završila 1255. godine. Ostatak katedrale je izgrađen u istom romaničkom stilu glavnog broda. Jedini dodaci katedrali, zapadni trijem i velika gotička kapela uz katedralu, su se dogodili mnogo kasnije.
Glavni brod je uglavnom urađen u 12. stoljeću, kao preteča rano-gotičkog stila, s galerijom između arkada u prizemlju i trostrukih prozora (trifora). Pilastri između polukružnih prozora u podržavaju kameni svod iz 18. st. koji je zamijenio originalni ravni drveni strop.
Krakovi transepta, izgrađeni sredinom 12. stoljeća, imaju apsidalne krajeve; što je regionalna karakteristika romaničkog stila rajnskih crkava. Ovaj stil do tada nije imao nikakav utjecaj na arhitekturu svjeroistočne Francuske, osim na katedralu u Noyonu i Soissonsu. Četvrtasti tornjevi na krajevima transepta imaju visinu od 83 metra, a variraju u detaljima – neke su njihove slijepe arkade polukružne, a neke su šiljate.
Južni transept i tonjevi
Glavni brod prema oltaru
Rekonstrukcija originalnog romaničkog oltara (naprijed) i dva neizgrađena tornja (straga)
