Yn ôl traddodiad sefydlodd Deiniol Sant fynachlog (clas) ar lannau Afon Adda yn y 6g. Mae enw'r dref yn dod o'r gair bangor, sef "clawdd plethiedig" neu'r tir a amgeir ganddo (llan). Cafodd Deiniol ei gysegru'n esgob cyntaf Bangor gan Dyfrig Sant (Dubricius).
Y Gadeirlan, gan wynebu'r allor
Ymddengys fod y fynachlog a'r hen eglwys gadeiriol wedi parhau hyd 1071 pan y'i llosgwyd gan y Normaniaid. Ailadeiladwyd yr eglwys gadeiriol tua 1102 ac eto yn ystod esgobaeth Dafydd y Sgotyn, gyda rhodd sylweddol o arian gan Gruffudd ap Cynan. Claddwyd Gruffudd ap Cynan ger yr allor yma pan fu farw yn 1137. Claddwyd ei fab Owain Gwynedd a brawd Owain, Cadwaladr ap Gruffudd yn y gadeirlan hefyd. Mae Gerallt Gymro yn disgrifio gwasanaeth yma yn 1188 pan weinyddwyd yr offeren gan Baldwin, Archesgob Caergaint.
Dinistriwyd yr eglwys gan luoedd y brenin John o Loegr yn 1210 pan ymosododd ar Wynedd wedi iddo gweryla a Llywelyn Fawr. Fe'i adeiladwyd o'r newydd bron yn y 13g. Bu cryn ddifrod i'r eglwys gaderiol pan ymosododd Edward I, brenin Lloegr ar Wynedd yn 1282, ac yn 1284 rhoddwyd y swm o £60 yn iawndal am y difrod.
Dywedir i'r eglwys gadeiriol gael ei llosgi yn ystod gwrthryfel Owain Glyn Dŵr, ond nid oes tystiolaeth o'r cyfnod i gadarnhau hyn. Bu ail-adeiladu ar raddfa fawr o ddiwedd y 15g, a orffennwyd yn 1532. Mae arysgrif Lladin uwchben drws y twr yn cofnodi fod yr Esgob Thomas Skevington wedi ei adeiladu yn 1532, er nad oedd wedi ei orffen pan fu farw Skevington yn 1533. Gwariwyd £2,000 ar drwsio'r adeilad yn 1824, a newidiwyd y tu mewn yn 1825 ar gost o £3252.
Mae'r adeilad fel y gwelir ef heddiw yn ffrwyth ail-adeiladu helaeth dan oruchwyliaeth Syr Gilbert Scott a ddechreuwyd yn 1868. Roedd cynllun gwreiddiol Scott yn galw am dŵr uchel, ond ni allwyd ei orffen gan fod craciau yn dechrau ymddangos. Ofnid fod hyn yn arwydd o broblemau gyda'r sylfaen, a gadawyd y tŵr yn isel.
