An der Stelle eines romanischen Vorgängerbaus wurde ab Ende des 13. Jahrhunderts die gotische Kathedrale erbaut. Die Arbeiten dauerten bis zum Ende des 15. Jahrhunderts und brachten eine Kirche, bestehend aus einem Hauptschiff und zwei Seitenschiffen, aber ohne Querschiff, hervor.

Die Errichtung geschah in mehreren Etappen: Bis 1300 entstanden die Wände des Chors und einige Joche der Seitenschiffe; bis 1320 das Gewölbe des Chors; bis 1340 die Wände des Schiffs; bis 1350 die Überdachung des Kirchenschiffs und das Südportal; bis 1430 ein Teil des Turms und das Gebälk und Gewölbe des Kirchenschiffs sowie das Portal. Als letztes wurde der Turm im Jahre 1490 fertig gestellt.
Bemerkenswert sind die imposanten Dimensionen der Kathedrale und des Turms und belegen die Bedeutung der Kathedrale für die Stadt und die Region in ihrer Bauzeit.
Um 1430 ist die Heiliggrabkapelle errichtet worden. Sie stellt mit ihrem Figurenschmuck – den 13 Figuren der Grablegungsgruppe – einen Höhepunkt der mittelalterlichen Bildhauerei der Schweiz dar.

Józef Mehoffer schuf zwischen 1895 und 1936 einen Zyklus von Jugendstil-Glasgemälden für die Fribourger Kathedrale. Ausgeführt wurden die von Mehoffer entworfenen Kartons von der in Fribourg ansässigen Firma Kirsch & Fleckner. Die ungewöhnlich lange Schaffenszeit von insgesamt 41 Jahren machte den Fensterzyklus der Kathedrale von Fribourg zu Ihrem Hauptwerk. Kirsch & Fleckner wurden für die Märtyrerfenster an der Weltausstellung in Paris mit der Goldmedaille ausgezeichnet.
Alfred Manessier schuf 1976 zwei Fenster in der Heiliggrabkapelle, von 1980 bis 1983 die Fenster des Hochschiffs sowie 1988 die Rose der Westfassade.

Heinzelmann , D. (2016). Das Dachwerk der Kathedrale St. Nikolaus in Fribourg von 1350/51: Bauprozess und Innovation. In situ. Zeitschrift für Architekturgeschichte, 8, 27-38.

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