Od 462 miasto okupowali Frankowie rypuarscy.

Państwo Franków, biskupstwo i elektorat Wczesnośredniowieczna Kolonia leżała w granicach państwa Franków. W 785 biskupstwo podniesiono do rangi arcybiskupstwa, a w XIII wieku do rangi elektoratu Świętego Cesarstwa Rzymskiego. Od XII wieku miasto, obok Jerozolimy, Konstantynopola i Rzymu, ma w swej nazwie określenie „święta” (sancta): „Święta Kolonia z łaski bożej wierna córka Kościoła Rzymskiego”. W średniowieczu miasto kwitło – było współzałożycielem Hanzy, powstał w nim w 1388 roku pierwszy miejski uniwersytet w Niemczech. Kolonia była wtedy największym i najbogatszym miastem niemieckojęzycznym.

Wolne miasto mały|Panorama Kolonii na drzeworycie Antona Woensama z 1531 r. Od roku 1288, po zwycięstwie nad biskupem, miastem rządzili jego mieszkańcy, ale dopiero w 1475 sytuacja ta została prawnie usankcjonowana nadaniem Kolonii statusu Wolnego Miasta Rzeszy. W XVI wieku miasto było ważnym ośrodkiem produkcji niemieckiej kamionki.