Der Kirchenbau wurde von 1182 bis 1185 unterbrochen als Heinrich nach England verbannt war. 1188 war die Weihe der Kirche und des Marienaltars. Im Todesjahr Heinrichs 1195 brannte zwar das Dach ab, aber der Bau war weitestgehend fertig. Seine Ehefrau war schon 1189 im unfertigen Kirchenbau beigesetzt worden. Das gemeinsame Grabmal ist seit 1230 fertiggestellt.
Die Bezeichnung als Dom erhielt die Kirche wahrscheinlich im 14. oder 15. Jh. obwohl sie keine Bischofskirche ist. Seit 1543 ist der Braunschweiger Dom ein protestantisches Gotteshaus. Dokumente über den Bau sind nicht erhalten aber die Weihen der zahlreichen Altäre sind bezeugt.
Der ursprüngliche Bau war eine dreischiffige Pfeilerbasilika. Erbaut wurde sie aus Kalkstein aus dem Elmgebiet und Braunschweiger Rogenstein vom Nußberg. Der Dom wurde im Laufe der Jahrhunderte mehrfach erweitert und umgebaut.
Die spätromanische Gewölbeformen sind eine architektonische Besonderheit. Die Ostseite ist am wenigsten baulich verändert. Die Türme erhielten um 1300 eine gotische Glockenstube. Von 1322 bis 1346 wurde an der Südseite ein weiteres Seitenschiff angebaut. Das Seitenschiff der Nordseite riss man ab und errichtete eine zweischiffige gotische Halle um 1472. Weitere Veränderungen waren unter den Herzögen Rudolf August und Anton Ulrich von 1687 bis 1700.
Zwischen 1866 und 1910 wurde der Dom grundlegend saniert und im Stil des Historismus umgestaltet.
