Um 1135 erlangten die Babenberger die Stadtherrschaft über Wien. Leopold IV. übertrug im Tauschvertrag von Mautern (1137) dem Bischof von Passau das Patronat über die Wiener Stadtkirchen. Kurze Zeit später begann dieser mit dem Bau einer Kirche außerhalb der Stadtmauern, die 1147 zu Ehren des Hl. Stephan geweiht wurde. Unter Leopold V. (1177 bis 1194) erfuhr Wien eine nachhaltige räumliche Erweiterung, in die auch das Gebiet um den Stephansplatz einbezogen wurde. 1230/40 wurde ein Neubau der Stephanskirche begonnen. Teile dieses spätromanischen Baues wurden in den späteren, gotischen Dom einbezogen und sind bis heute (Westfront) erhalten. 1304 begann man mit der Errichtung des dreischiffigen, kreuzrippengewölbten Hallenchors.

1359 legte Herzog Rudolf IV., "der Stifter", den Grundstein für das Langhaus und den durch seine Höhe von 137 m beeindruckenden Südturm, der zu den höchsten gotischen Türmen Europas zählt. 1365 wurde St. Stephan zur Kollegiatskirche erhoben. Da Rudolf IV. sich bei seinen Bauvorhaben in erster Linie an Prag orientierte, lässt auch der Südturm des Stephansdomes Prager Einflüsse erkennen. Er wächst von einem quadratischen Grundriss zum Oktogon, wobei die Baumasse mit zunehmender Höhe durch Maßwerk, Giebel und Baldachine aufgelöst wird. Das obere Drittel bildet schließlich ein achteckiger Helm mit einer bekrönenden Kreuzblume. Die neuen Langhausmauern wurden rasch hochgezogen und mit zwei Portalen versehen, welche in die Seitenschiffe führen.

In der "restaurativen" Phase nach den Hussitenkriegen wurde das Fenster über dem Riesentor 1420 vergrößert. 1433 wurde der Südturm vollendet, 1440 der Dachstuhl auf die gotischen Langhausmauern aufgesetzt. Friedrich IV. trieb diese letzte, spätgotische Ausbaukampagne nach seiner Krönung zum deutschen König 1440 voran. Im Laufe des 15. Jahrhunderts erhielten die originalen Helme der Westtürme eine Steinverkleidung und Galerien. 1450 fand die Grundsteinlegung für den Nordturm statt.