La cathédrale actuelle occupe un emplacement où plusieurs sanctuaires se sont succédé ; on en sait peu de choses. Le premier édifice date de la fin du IIIe siècle, à l'époque gallo-romaine, et aux cours des neuf siècles suivants plusieurs cathédrales furent édifiées. Plusieurs fois des incendies les réduisirent en cendres. Tel fut le cas en 850, lors d'une invasion normande, puis en 1019, puis encore en 1107. Après ce sinistre une nouvelle église, romane, fut édifiée dont nous ne possédons aucun document permettant de déterminer ce qu'elle était.
Le 17 décembre 1206, un croisé picard nommé Wallon de Sarton, chanoine de Picquigny, qui lors du pillage de Constantinople par les croisés en 1204, avait réussi à subtiliser la sainte relique du crâne de saint Jean-Baptiste, ramena celle-ci à Amiens où il fut reçu par l'évêque Richard de Gerberoy. Très rapidement la relique devint l'objet d'un important pèlerinage. De nombreux princes français et étrangers vinrent l'honorer. Mais la tête du saint attira surtout les gens atteints de surdité, de mutisme, de cécité et avant tous les gens atteints du mal saint-Jean, c'est-à-dire d'épilepsie. Cet afflux rendit fort vite la cathédrale romane trop petite.
En 1218, la foudre tomba sur la flèche de l'ancienne cathédrale, ce qui mit le feu aux charpentes. Le toit s'embrasa avec une rapidité stupéfiante et bientôt, ce fut l'édifice tout entier qui s'écroula dans les flammes. L'évêque Évrard de Fouilloy décida de reconstruire une nouvelle cathédrale, non seulement bien plus vaste et plus belle que la précédente, mais aussi inégalée parmi les autres sanctuaires de la chrétienté. Il fallait également que cette nouvelle cathédrale, par son programme iconographique soit un véritable livre de pierres, qui favoriserait l'enseignement de la religion auprès du peuple chrétien. On parlera plus tard de la Bible d'Amiens.
Les travaux de construction débutèrent en 1220 et la pose de la première pierre se déroula dit-on dans l'allégresse. Peu auparavant on avait reculé l'enceinte de la ville dont la population avait fort augmenté. En 1190, les remparts avaient été reculés à l'est et peu après en 1193, au sud. Les bâtisseurs bénéficiaient de ce fait d'un espace agrandi à l'intérieur de la nouvelle enceinte (dite de Philippe-Auguste) et purent ainsi prévoir un sanctuaire de dimensions gigantesques (145 mètres de long sur 70 de large au transept). Il fallut cependant détruire l'église Saint-Firmin-le-Confesseur qui occupait l'emplacement prévu pour le bras nord du transept, ainsi que l'Hôtel-Dieu qui aurait empêché la construction de la tour nord de la façade principale. Contrairement à la règle habituelle, les travaux commencèrent par la nef. La cathédrale continua pense-t-on à utiliser provisoirement le chœur de l'ancienne église romane.
En ce début du XIIIe siècle, période du règne de Philippe-Auguste, Amiens vivait en pleine prospérité. La ville profitait de la proximité des Flandres dont l'activité drapière était florissante, ainsi que des foires de Champagne toutes proches. Mais c'était le commerce de la guède ou pastel des teinturiers, utilisée pour la teinture des draps et cultivée dans la région, qui assurait à la bourgeoisie amiénoise la base de sa fortune. Amiens en avait le quasi-monopole et l'évêché d'Amiens participait à la prospérité générale. Les généreux donateurs ne manquaient pas, et les ressources de l'évêché lui permettaient de financer ce chantier gigantesque.
Robert de Luzarches étant décédé en 1222, ainsi d'ailleurs que l'évêque Évrard de Fouilloy, le nouvel évêque, Geoffroy d'Eu, confia la suite des travaux à Thomas de Cormont. Les dons affluaient de tous côtés et le chantier avançait rapidement de ce fait. En 1228, les murs de la nef atteignaient déjà le niveau de la naissance des voûtes. Cette même année Renault de Cormont succéda à son père comme maître d'œuvre. La nef fut achevée vers 1230.
Vers 1236, à la mort de Geoffroy d'Eu, la grande façade s'élevait déjà jusqu'aux corniches situées au dessus de la rosace, et la base du transept était édifiée.
Le nouvel évêque Arnoult s'attela dès lors à l'édification du chœur, et on construisit les chapelles rayonnantes. Mais dès 1240, les travaux ralentirent, le budget étant épuisé. On put cependant terminer le déambulatoire, où Arnoult fut inhumé en 1247.
Le nouvel évêque, Gérard de Coucy se soucia fort peu des travaux, lesquels se réduisirent à peu de choses entre 1247 et 1258. Cette année-là vit un incendie ravager les chapelles absidiales. Ce sinistre eut pour effet de fouetter l'ardeur des bâtisseurs et des bienfaiteurs, et les travaux reprirent à bon rythme jusqu'en 1269, année où le chœur fut terminé. La cathédrale gothique était dès lors opérationnelle, bien que les tours ne soient pas terminées.
Près de deux décennies plus tard, l'évêque Guillaume de Mâcon fit encore élever une flèche (la première) et fit exécuter diverses petites modifications au niveau du chœur et du chevet. Ces travaux se terminèrent en 1288. Cette année là, le labyrinthe fut créé, toujours sous la direction de Renault de Cormont. 1288 est la date retenue pour la fin de l'édification de la cathédrale. Les tours de la façade occidentale n'étaient toujours pas terminées. Au total cependant, l'édification avait été assez rapide puisque l'essentiel était fait. Cela donne à Notre-Dame d'Amiens une unité architecturale qui n'existe que rarement chez ses rivales.
La construction de la cathédrale d'Amiens a été fort importante pour le développement de la rationalisation des chantiers médiévaux et la taille en série des pierres. Dès le début de la construction en effet, Robert de Luzarches avait conçu quatre types différents de pierres qui furent fabriquées en série. Les pierres utilisées provinrent surtout des grandes carrières de Picquigny qui appartenaient aux chanoines de cette paroisse. Un contrat datant de 1234 nous est parvenu et fait état de cinquante livres parisis pour onze ans à payer aux chanoines de Picquigny [4]. Les pierres furent acheminées par bateau sur la Somme jusqu'à la ville d'Amiens.
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