A 10. század második felében létesítették Esztergom várát, amely a következő két és fél évszázadban az ország elsőszámú uralkodói és egyházi központjává fejlődött. Istvánt 1001 újévén itt koronázták királlyá, és ugyanitt alapította meg az ország első érsekségét. Egyházi jelentőségét a város mindvégig megőrizte, az uralkodói székhely azonban 1200 körül megszűnt. A Protomártírról elnevezett korai társaskáptalannak 13. század elején poligonális alaprajzú szentéllyel újjáépített temploma a székesegyháztól északra állt. Romjairól a 18. században makett és alaprajz készült, ma falpillér-lábazatait ismerjük.
A vár alatt, a Kis-Duna és természet alakította árkok által határolt területen fekvő királyi város fejlődését szolgálta az Árpád-korban egyedülálló, általános árumegállító és vásártartási jog. Míg a királyi udvarnokok lakta Szent Lőrinc városrész, főterén a tatárjárás után újjáépített Szent Lőrinc plébániatemplommal a 13. században egyházi kézbe került, az ettől délre elterülő hospes-település (vicus latinorum) mindvégig megmaradt a király birtokában. A várost legsúlyosabb csapások a 16. században, a török hódítás előestéjén és a hódoltság idején érték: 1526-ban, 1528-ban, 1532-ben és 1543-ban ostromokat és tűzvészeket éltek át, az 1594/95-ös ostrom során házai teljesen romba dőltek.
A királyi palota a Várhegy meredek sziklafallal végződő, fallal elkerített, déli felében épült meg. A legkorábbi építkezések nyomai a középkori palotaegyüttes északi részén és az és az udvar járószínje alatt kerültek elő. Az ezt követő építkezések, valószínűleg István király uralkodásának idején a palota körzetét déli irányban terjesztették ki: a régészeti leletek értelmezése szerint a déli várfok közelében íves védőfallal óvott körkápolna és négyszögű termet magában foglaló palotaszárny épült. A 11–12. század fordulója körül a kápolna védőfala elé négyszögű tornyot emeltek.
A középkori palota fennálló maradványai nagyjából négy, ezt követő építési korszakhoz köthetők. A székesegyházhoz legközelebb eső, kelet-nyugati tájolású emeletes palotaszárny építése biztosan megelőzi a dél felől hozzáillesztett, észak-déli igazodású hosszú épületszárny emelését. A később épített, nagytermet magába foglaló épület 12. század közepi falkép töredékek datálják.
A 12. század utolsó negyedében megépítésre került egy nagyszabású lakótorony és hozzá kapcsolt kápolna a palota körzet déli végében, a korábbi torony és kápolna helyén. A III. Béla (1172–1196) uralkodási idejére keltezhető egység összefüggő részleteit 1934 és 1938 között ásatások tárták fel. A korai körkápolna és védművei helyén szabálytalan, ötszögű lakótorony épült, amelyhez északról kisebb négyszögű terem, lépcső, valamint a szintén új építésű kápolnába vezető folyosó csatlakozik. A lakótorony alsó szintjének középoszlopra boltozott, eredeti szerkezetében fennmaradt termét korábban Szent István születési helyeként tisztelték. A lakótoronyhoz tartozó faragványok azt bizonyítják, hogy építői a Rhône-vidék és Emília 12. század végi, későromán művészetét jól ismerő, többségükben valószínűleg a modenai székesegyház műhelyéből kivált mesterek voltak. Műveikhez a közeli, gerecsei kőbányákban találtak kiváló tulajdonságokkal rendelkező tömött, vörös mészkövet, amelyet csillogó fényű felülete és színe miatt a középkori óta vörösmárványnak neveznek. A kápolnaépület másfajta modernitást képvisel. Mesterei a 12. század utolsó negyedének francia korai gótikus stíluseszményét képviselik. Szentélyének boltozatát támasztó, bimbós fejezetekkel ellátott, belső ikeroszlopsora a soissoni és a laoni székesegyház, valamint a párizsi Notre-Dame műhelyéből vezethetők le. A kápolna hajójában, nyugati kapuján és rózsaablakán szerepet kaptak olyan, a magyarországi későromán tradíciót ismerő kőfaragók, akik közreműködtek a lakótorony befejezésében is.
A 12. századi királyi palota legnagyobb kiterjedését és legdíszesebb megjelenését a 15. század derekán, Szécsi Dénes érsek (1440–1465) idején nyerte el, amikor széltében kibővítették, grandiózus faboltozattal, dunai erkélyfolyosóval és új dekorációval látták el. A magyar fejedelmek és királyok falképeit tartalmazó nagyterem pompáját, amely Szécsi Dénes utódja, Vitéz János (1465–1472) és talán Estei Hippolit (1487–1497) érseksége idején is tovább gazdagodott, 16. századi leírásokból ismerjük.
Az 1822–1823 folyamán teljesen elbontott középkori Szent Adalbert-székesegyházról Széless György 18. századi leírása, egy sor ábrázolás, részletes alaprajz és nagyszámú muzeális kőfaragványa tanúskodik. A templom keleti végződésénél, csigalépcsővel bővített szentélyek fölött mindkét oldalon torony emelkedett. A 11. századi épület berendezéséből egy szalagfonattal díszített kőlemez töredéke maradt fenn. A méreteik alapján a templom hajójához köthető, nagyméretű korinthoszi fejezetek a 12. század első felében folytatott átépítés emlékei. A munkák előrehaladását egy 1156-os oltárszentelési oklevél, majd III. István 1172-es itteni temetésének dokumentuma tanúsítja. A 19. században felmért mellékhajószakasz alapján szokatlanul nagy épületmagassággal lehet számolni. A főhajó nyugati pilléreihez tartozhattak azok a fejezetek, amelyeket a lakótorony melletti kápolnához hasonlóan korai gótikus ornamentika borít. A templomtól északra álló, talán káptalanteremként használt, négyzet alaprajzú, középoszlopos, emeletes építmény a palota III. Béla kori un. Szent István termének elrendezésével vethető össze. A székesegyház nyugati végét két, magas torony hangsúlyozta. Közöttük, a főhajó tengelyében nyílt a jeruzsálemi templomra utalva Porta speciosának nevezett főkapu, amely elé kétszakaszos, háromhajós előcsarnokot építettek legkésőbb a 13. század második negyedében.
A templom 14. század elején megsérült főszentélyének poligonális alaprajzon való újjáépítésére Telegdi Csanád érseksége idején (1330–1349) került sor. 1385-ben Demeter érsek, 1396-ban Kanizsay János érsek bővítette a templomot gótikus oldalkápolnával. Utolsóként Bakócz Tamás járul hozzá jelentős mértékben a székesegyház épületéhez azzal a vörösmárvánnyal burkolt, kupolával fedett, centrális kápolnával, amelyet saját temetkezőhelyéül szánt, és amely túlélte az ostromok és újjáépítések korának pusztítását.