Na nejvyšším místě Přemyslem Otakarem II. založeného města vyrostl nový farní kostel, zasvěcený sv. Bartoloměji. Patronátní právo měl k němu český král, ve druhé polovině 13.století je propůjčil řádu německých rytířů, roku 1325 pak sedleckému klášteru. Podle archeologických nálezů byl postaven na místě starší, ještě předměstské svatyně. Archeologický výzkum vyjasnil otázky kolem podoby raně gotického závěru, nahrazeného katedrálním chórem Petra Parléře, údajně šlo o tři paralelní plošně uzavřené chóry stejné délky a odpovídající šíři hlavní a bočních lodí, což by prozrazovalo vliv cisterciáckých klášterů. Z tohoto nejstaršího závěru se dochovala část jižního bočního chóru, včetně triumfálního oblouku, přípory s hlavicí a pastorforia ve zdi, vysoký triumfální oblouk hlavního chóru a část chóru severního. K závěru se na západě připojila vysoká trojlodní síň.


Co je na kolínském chrámu překvapivé, je střídaní rozdílných slohových projevů v rámci této první stavební etapy. Tvar chórů, trojlodní haly a jejich pilířů nezapře inspiraci ve strohém lapidárním slohu cisterciácké architektury, zatímco obvodové stěny trojlodí se subtilními pruty klenebních přípor ukazují na inspiraci tvaroslovím klasických gotických francouzských katedrál 20. a 30. let 13.století. K dílům této moderněji orientované hutí náleží silně poničený, ale vysoce kvalitní západní portál s nálevkovitě rozšiřujícím se ostění a s plastikami v oblouku archivolty.


Naopak vazbu ještě na pozdně románskou tradici nebo přechodný styl v malbě a plastice vykazují dynamické, hybné figury s tympanonu jednoho ze severních portálů, dnes je nahrazen volnou kopií z roku 1908. Postavy andělů v pohybu, ještě zvýrazněného neklidným rytmem draperie, adorují nedochovanou Madonu s dítětem vsedící ve slepé arkádě.


Rozšířené nejvýchodnější pole trojlodí, zaklenuté šestidílnou klenbou, zastupuje transept. Zručnou kamenickou práci vykazují zejména hlavice a svorníky pokryté ornamentálním a figurálním dekorem, i když jejich kvalita kolísá. Západní průčelí s rozetou nad hlavním portálem zvýraznily dvě nárožní věže, přecházející z hranolu v polygon.


V roce 1349 byl chrám poškozen při požáru města a toto poškození bylo impulzem k další stavební činnosti. Přestavby raně gotického chóru se ujal již v roce 1360 vedoucí mistr pražské katedrální huti Petr Parléř, jak hlásá pamětní nápis vytesaný do zdiva sakristie ( „Tato stavba kůru byla počata dne 20. ledna léta Páně 1360 za nejjasnějšího knížete Karla, z Boží milosti císaře římského a krále českého, prací mistra Petra z Gmundu, kameníka.“). Nejprve byl vystavěn věnec ochozových kaplí mimo zatím stojící, původní, závěr chrámu, který nepochybně stál ještě v roce 1368. Vysoký Parléřův chór je lemován ochozem s věncem kaplí Svatováclavskou, Svatojánskou, Šperlinkovskou, Řeznickou, Sladovnickou a Mlynářskou, ukončený sakristií s chrámovou pokladnicí.


V roce 1378 již stavba chrámového závěru pokročila natolik, že mohl být vysvěcen. Před rokem 1400 pak byly ještě dokončeny chórové kaple a rozšířena okna trojlodí a severní věže. Podélná osa hlavního prostoru je místo obvyklého okna ukončena středovým pilířem, čímž je narušen pravidelný rytmus klenebních polí ochozu, vyvážený netypicky vloženým systémem trojdílných kleneb. Obrovská okna chóru jsou vyplněna plaménkovými kružbami, v nichž bylo původně osazeno přes 200 tabulí s gotickými vitrážemi z doby kolem roku 1380; dodnes se dochovaly pouze čtyři (dnes uložené v depozitáři Arcibiskupství pražského, dvě dlouhodobě zapůjčené Národní galerii v Praze). K jižní boční lodi byla na počátku 15. století přistavěna kaple Panny Marie, dnes zvaná Kokovská, která již s působením parléřovské stavební huti nijak nesouvisí.


V době třicetileté války byl v roce 1633 chrám sv. Bartoloměje vyloupen a poškozen švédským vojskem, jeho poválečná obnova pak z důvodu nedostatku peněz probíhala jen s velkými těžkostmi. Nakonec chrám opět vyhořel při velkém požáru v roce 1796. V roce 1878 se ustanovila Jednota pro opravu chrámu sv. Bartoloměje, která v únoru roku 1881 pověřila architekta Josefa Mockera vypracováním plánů na obnovu chrámu, s kterou bylo započato v září téhož roku. Práce se na nějaký čas zastavily v roce 1889 po smrti děkana Svobody a následně i Josefa Mockera. Nicméně v roce 1900 obdržela Jednota finance ze státního rozpočtu a tak v letech 1904–10 mohla být celá rekonstrukce dokončena.


Novogotický hlavní oltář pochází z počátku 20. století a je dílem žáků sochařské školy v Hořicích. Pod kněžištěm se nachází krypta, v níž jsou v malovaných rakvích pohřbeni významní měšťané. V přízemí severní věže stojí renesanční tumba Karla ze Žerotína a pod jižní věží je renesanční náhrobek Elišky Maternové z Vartenberka.


Ve stěně jižní lodi je zazděn pozoruhodný románský náhrobek z doby kolem roku 1200 , který zřejmě pochází ze staršího kostela, předchůdce dnešního chrámu. Na jeho ploše je reliéf pletencového kříže v kruhu, symbolizující spojení Krista (kříž) a věčnosti (kruh) a vítězství dobra nad zlem (pletenec).


V jižní části je osazen cenný gotický náhrobek rodiny Ruthardovy z první pol. 14. století s vyobrazením manželského páru a rodového erbu a renesanční náhrobek Veroniky Žerotínové z Lípy  na protějším pilíři. Dále jsou zde náhrobky Václava Valkouna z Adlaru, hejtmana kolínského panství (Šperlinkovská kaple), dětský náhrobek (Sladovnická kaple) Maxmiliána Pretlíka († 1680), pozdně renesanční náhrobek Michala Jiřího Salaje z Ciffery († 1673), kolínského rychtáře (Řeznická kaple), mramorový náhrobek dětí Myliusových († 1786) v Mlynářské kapli a náhrobek Jana Kolovrata Žehrovského (účastník mírové výpravy vyslané králem Jiřím z Poděbrad) na posledním severním pilíři chóru.


Pod kruchtou jsou obrazy evangelistů sv. Matouše a sv. Marka od kolínského malíře Jana Macháčka z roku 1843, doplněné v přízemí severní věže pseudogotickým oltářem sv. Václava z roku 1910 a v přízemí jižní věže barokním oltářem Božího hrobu z 2. poloviny 18. století. V Kokovské kapli je oltář Panny Marie Bolestné, jehož retábl byl sestavený ze zbytků několika starších oltářů ze 17. – 19. století, na bočních stěnách visí dva kvalitní barokní obrazy z doby po roce 1700. Dva empírové figurální svícny pocházejí ze zrušené kaple kolínského zámku a socha Bolestného Krista z kolínského kostela Všech svatých. Řezaná balustráda, která uzavírá vstup do kaple, pochází z 18. století.


Na stěnách trojlodí je čtrnáct reliéfů z dubového dřeva, představující jednotlivá zastavení křížové cesty. Pochází z let 1910-13 od Františka Bílka a dnes patří k nejcennějším památkám českého symbolismu.