La chiesa fu “fondata”, secondo le fonti medievali, dal vescovo franco Angilberto II (824-859), ma con molte probabilità fu riedificata su una precedente basilica paleocristiana. Tratti della facciata romanico-gotica della chiesa si conservano nei sotterranei di servizio della Veneranda Fabbrica del Duomo (non visitabili). Un recente intervento di verifica archeologica nel 2003, a seguito di prime indagini effettuate nel 1996 presso la facciata di S. Maria Maggiore, ha consentito di individuare le diverse fasi costruttive della chiesa, nota nelle fonti di età carolingia come Santa Maria Jemalis. Le evidenze più antiche sono relative a strati limosi e sabbiosi su cui insiste un livello limoso con grumi di malta e frustoli di laterizi interpretabile come preparazione del pavimento sovrastante, pertinente al primo edificio di culto. Dell’edificio più antico è stato individuato un muro in laterizi orientato E-W che dovrebbe essere relativo al perimetrale meridionale della chiesa. La fondazione a sacco riutilizza laterizi rotti disposti in modo irregolare e legati da abbondante malta grigia. E' conservato per un'altezza di 90 cm ed è largo 100 cm. Il paramento è in laterizi di diverse dimensioni, solo raramente integri, disposti in corsi regolari. Al di sopra della rasatura (undicesimo corso di laterizi dell'alzato) vi sono tracce della presenza di blocchi in pietra. Coevo e in fase con il muro è un pavimento in cocciopesto con preparazione in ciottoli dello spessore di 20 cm. Al di sopra di questo primo pavimento, vi è uno strato limoso con ampie lenti di bruciato, interpretabile come livello d'uso del pavimento. Una delle tombe risulta in gran parte asportata dal taglio della trincea di fondazione per la costruzione della facciata in pietra e del plinto angolare della chiesa di XI-XII sec. Di questa prima chiesa resta una porzione di facciata, sul lato interno è visibile un plinto quadrangolare in fondazione e con sviluppo a costolature in alzato, che si appoggia al più antico muro in laterizi e lo utilizza come perimetrale sud della nuova costruzione. Il paramento della facciata, orientata N-S, è costituito da 16 corsi regolari, ma di altezze variabili, di blocchi di granito, ceppo e serizzo legati da malta friabile. In epoca tardo romanica si assiste al prolungamento della facciata in blocchi di pietra verso sud, con il conseguente ampliamento della chiesa e l'abbattimento del vecchio perimetrale sud, probabilmente utilizzato come fondazione dei sostegni verticali di separazione delle navate. Nel Seicento l'ampliamento della facciata romanica viene asportato per costruire uno dei plinti del Duomo attuale. Nel 1961 venne alla luce, lungo la parete nord del Duomo, una fondazione ottogonale, interpretata come il campanile romanico di Santa Maria Maggiore