Вже на початку доби середньовіччя собор був однією з найвідоміших церков Данії та слугував катедральним собором єпархії острова Зеландія, а 1923 року — Роскілльської єпархії.

Сучасному собору передували принаймні дві церкви. Перша з них, зведена Гаральдом Синьозубим, була дерев'яною, однак у XI столітті її було послідовно замінено однією чи двома кам'яними з травертину. Близько 1080 року храм був тринавною базилікою, збудованою єпископом Свеном Нурдманом.

1170 року єпископ Абсалон розпочав будівництво цегляної церкви у романському стилі з довгим і широким поперечним нефом, однак згодом єпископ Петер Сунесон змінив конструкцію собору в стилі французької готики. Будівництво нинішньої церкви було завершено 1280 року, але з тих пір кожне століття вносило зміни до її вигляду та внутрішнього оздоблення.

До реформації, що почалась у Данії 1536, собор був католицьким, який окрім головного вівтаря мав кілька інших, в тому числі й у прибудованих капелах.

Після реформації бічні вівтарі було прибрано. З того часу всі данські королі та майже всі данські королеви були поховані в соборі та прибудованих до нього королівських капелах. У соборі є й кілька поховань, що належать до періоду середньовіччя. Найшанованішим із них є саркофаг королеви Маргрети Данської. Разом у соборі розміщено 39 гробниць. За волею останнього короля Фредеріка IX та його дружини Інгрід для них було зведено мавзолей за стінами собору.