Construit dans la continuité des travaux consécutifs à l'incendie de la cathédrale en l'an 1200, le chœur gothique est un peu plus large que la nef. Pour rattraper cette différence de largeur, le maître d'œuvre dut donner une forme trapézoïdale à la croisée du transept.
Le chœur gothique est plus long de trois travées que le chœur roman. Il est au même niveau que la nef ce qui amena la destruction des parties supérieures de la crypte.
L'élévation du chœur comporte trois étages alors que la nef en a quatre. Les tribunes projetées et non construites dans la nef n'avaient plus de sens au début du XIII^e siècle.
A la différence des colonnes en faisceau de la nef, les colonnes du chœur sont cylindriques. 
Autour du choeur, un déambulatoire contient encore quelques tombeaux. Beaucoup d'autres ont été détruits par les chanoines en 1734. Parmi les tombeaux conservés, ceux de Maurille, bâtisseur de la cathédrale romane, Rollon, Henri Cout-Mantel, Richard Cœur-de-Lion.
 Les fenêtres du déambulatoire contiennent de superbes vitraux du XIII^e siècle. L'un d'entre eux, consacré à Saint-Julien l'Hospitalier a servi d'inspiration à Gustave Flaubert.