Über den Bauresten der südöstlichen Basilika der frühchristlichen Kirchenanlage begann um 1235 der Bau der Liebfrauenkirche zu Trier. Anlass für den Neubau unter Erzbischof Theoderich von Wied (1212-1242) war offenbar die Baufälligkeit des Vorgängerbaus: Die Südkirche der Kirchenanlage aus konstantinischer Zeit (4. Jh. n. Chr.) war im 10. Jahrhundert wiederhergestellt, aber zwischenzeitlich sanierungsbedürftig geworden.

Die Liebfrauenkirche war bereits einige Jahre im Bau, als die finanziellen Mittel ausgingen. Daraufhin führte der Erzbischof Konrad von Hochstaden im Jahre 1243 in seiner Diözese Köln eine Kollekte durch, die eine Fortsetzung der Arbeiten ermöglichte. Etwa um 1260 konnte der Bau wohl abgeschlossen werde.

Maßgeblich beteiligt an der Entstehung und Ausgestaltung der Liebfrauenkirche waren lothringische Baumeister und Künstler des 13. Jahrhunderts. Die beherrschende architektonische Idee dieser Zeit war die in Frankreich bereits hoch entwickelte Gotik mit ihrer architektonischen Klarheit und geometrischen Strenge. Sie enthielt nicht nur ein neues konstruktives Prinzip, sondern war zugleich der Stein gewordene Ausdruck einer theologischen Aussage. Diese kann an der Liebfrauenkirche besonders gut nachvollzogen werden.

So stellt der Grundriss der Kirche, die unter anderem der Mutter Gottes geweiht ist, eine „rosa mystica“, eine „geheimnisvolle Rose“ dar. Der Grundriss des über mehrere Geschosse aufragenden Zentralbaus entwickelt sich aus einem Vierungsquadrat, das durch streng geometrisch begründete Drehungen und Vergrößerungen Lage und Maße der Schiffe und Kapellen sowie der Pfeiler und Säulen bestimmt. Der Querschnitt lässt die Außenmauer durch eine Vielzahl von polygonalen Kapellen (Apsidiolen) wie eine gleichmäßige Anordnung von Blütenblättern erscheinen. Darin enthalten ist ein Kreuz, dessen östlicher Hauptarm etwas länger ist als die übrigen Seitenarme.

Vier Portale führen in die vier Himmelsrichtungen hinaus – gemäß dem theologischen Auftrag an die zwölf Apostel „in alle Welt“ zu gehen. Zwölf Säulen mit Apostelbildern stützen den Zentralbau der Kirche. Sie stellen im übertragenen Sinne das Fundament der Kirche dar. Auf der zentralen Kuppel sitzt der Vierungsturm, der bis zu seinem Einsturz 1631 ein hoher Spitzturm war.

Eine Fassade im eigentlichen Sinne gibt es nicht – am Westportal ist lediglich eine Vorderseite mit reichem Figurenschmuck versehen. Im Tympanon, unterhalb des Giebels, sieht man den Beginn der Heilsgeschichte, im Giebel die Vollendung durch den Kreuzestod. Das Bogenfeld und die Fenster zeigen die Vorgeschichte mit Abraham und Noe, die Voraussagungen der Propheten sowie die Verkündigung an Maria. Am Nordportal, dem heutigen Eingang zur Kirche, versinnbildlichen symbolhafte Pflanzen an den Portalwänden das Paradies.

Die Liebfrauenkirche ist ikonologisch und architektonisch ein Unikat von unvergleichlichem kulturellen Wert.

Die Liebfrauenkirche wurde während des Zweiten Weltkrieges schwer beschädigt. Das ursprüngliche Inventar fast vollständig zerstört. Beim Wiederaufbau passte man die Ausstattung (Altar und Kanzel) den Bedürfnissen der modernen Liturgie an und richtete eine Altarinsel nach Plänen des Architekten Rudolf Schwarz ein. Die neuen farbigen Glasfenster verstärken den ursprünglichen mittelalterlichen Raumeindruck.

Die hohe Spitze auf dem Vierungsturm wurde bereits nach einem Sturm im Jahre 1631 durch ein Walmdach ersetzt. Ein etwas steileres Dach löste 2003 das flachere ab, das nach dem Zweiten Weltkrieg aufgesetzt wurde.

Bei den Figuren am Westportal handelt es sich heute nur noch um Kopien. Die Originale befinden sich im Bischöflichen Dom- und Diözesanmuseum und im Bodemuseum zu Berlin; drei Figuren (Adam und Eva, Petrus) sind moderne Neuschöpfungen.