Bei den fränkischen Reichsteilungen des 9. Jahrhunderts fiel Trier zunächst an das Mittelreich Lotharingien und ab 869 an das ostfränkische und spätere deutsche Reich. Dann kam die Katastrophe des Jahres 882: Von Gründonnerstag bis Ostersonntag wüteten normannische Krieger in der Stadt, die dabei völlig zerstört und niedergebrannt wurde. Viele Einwohner kamen ums Leben.
Es dauerte einige Jahrzehnte, bis sich Trier von diesem Schlag erholt hatte. Hilfreich waren nicht zuletzt die durchweg guten Beziehungen der Trierer Erzbischöfe zu den Herrscherhäusern der Ottonen und Salier. Trier wurde erneut mit vielen Privilegien ausgestattet, darunter das Marktrecht. Das von Erzbischof Heinrich 958 errichtete Marktkreuz symbolisierte das wieder gewonnene Selbstbewusstsein und markiert bis heute das Zentrum der Stadt.
Civitas sancta (= heilige Stadt) war im Hochmittelalter ein treffender Beiname von Trier. Die Zahl der Kirchen, Klöster und Stifte war schier unübersehbar. Herausragende Bedeutung im geistlichen Leben erlangten die Reichsabtei St. Maximin im Norden und die Abtei St. Matthias mit dem Grab des Apostels Matthias im Süden der Stadt. 1030 ließ sich der griechische Mönch Simeon im Ostturm der Porta Nigra einschließen, um sein Leben in Einsamkeit und Askese zu beschließen. Nach seinem Tod 1035 und der sofortigen Heiligsprechung ließ Erzbischof Poppo die Porta Nigra ihm zu Ehren in eine Kirche umbauen - dadurch blieb dieses Bauwerk als einziges Tor der römischen Stadtmauer bis heute erhalten.
Auch für andersgläubige Menschen war Trier ein Anziehungspunkt: Bereits im 11. Jahrhundert gab es in Trier eine jüdische Gemeinde, die Mitte des 14. Jahrhunderts etwa 300 Menschen umfasste. Das Judenviertel mit Synagoge und einem Ritualbad ("Mikwe") befand sich im Stadtzentrum in direkter Nachbarschaft des Hauptmarkts. 1349 wurde das blühende jüdische Gemeindeleben jedoch durch einen Pogrom, der im Zusammenhang mit der Pestepidemie in Europa stand, jäh beendet. Bis 1418 wurden alle jüdischen Einwohner aus Trier vertrieben.
Unterdessen entstand im 12. und 13. Jahrhundert mit dem Schöffenkolleg das erste Organ der kommunalen Selbstverwaltung, das zunächst von einigen wenigen Patrizierfamilien dominiert wurde. Zur gleichen Zeit wurde die mittelalterliche Stadtmauer errichtet. Die neue Befestigung umschloss eine Fläche, die kaum halb so groß war wie zur Römerzeit ein Jahrtausend zuvor. Unmittelbar neben dem Dom entstand im 13. Jahrhundert auf einem kreuzförmigen Grundriss die Liebfrauenkirche, die zu den frühesten Bauwerken der Gotik in Deutschland zählt.