Katedra Adalbolda przetrwała do roku 1253, kiedy miał miejsce pożar pustoszący niemal całe miasto. Rok później ówczesny hierarcha, Hendrik van Vianden, zainicjował wzniesienie nowej gotyckiej katedry. Prace nad wielką świątynią, wzorowaną na katedrze kolońskiej, trwały aż do XVI stulecia. W 1295 roku konsekrowano gotyckie prezbiterium. Wieżę zachodnią wzniesiono w latach 1321-1382. Rok 1515 uznaje się za datę ukończenia budowy całej katedry.
Reformacja, która objęła także Niderlandy, przyniosła kres rządów katolickich biskupów w Utrechcie. W 1572, w ramach zainicjowanego przez kalwinistów ikonoklazmu, zniszczono bogaty wystrój wnętrza ze względu na liczne wizerunki Marii i świętych oraz niezgodną z myślą Jana Kalwina ideą wystroju świątyni chrześcijańskiej. W 1580 roku władze miasta przekazały katedrę kalwinistom, którzy sprawowali pieczę nad świątynią z przerwą w latach 1673/74, kiedy to Utrecht okupowały wojska francuskiego króla Ludwika XIV. Przez ten okres w katedrze odbywały się katolickie nabożeństwa. Los licznych mieszkańców miasta wyznania katolickiego w XVI i XVII wieku był trudny;