Anglosaské
První křesťanskou stavbu na tomto místě založila Etheldreda, dcera východoanglického krále.V roce 673 založila a řídila klášter v Ely, a když zemřela, byla zde na její památku postavena svatyně.
Norman
Katedrála opata Simeona
Současnou katedrálu začal stavět opat Simeon (1082-1094) v roce 1083. Anglosaský kostel byl zbořen, ale některé jeho relikvie, například ostatky jeho dobrodinců, byly přeneseny do katedrály. Hlavní transepty byly postaveny záhy a křižují loď pod centrální věží a jsou nejstarší dochovanou částí katedrály. Stavební práce pokračovaly po celé 12. století. Západní transepty a věž byly dokončeny v bujarém románském slohu s bohatou výzdobou křížících se oblouků a složitých lišt.
Rané gotické prvky
Za biskupa Eustacha (1198-1215) byla přistavěna "galilejská" kruchta ve stylu rané anglické gotiky. Původně se jednalo o dvoupatrovou stavbu, kde se mohla shromažďovat liturgická procesí před vstupem do lodi. V 18. století byla otevřena do jediného klenutého prostoru. Některé detaily její výzdoby, zejména "synkopické oblouky" a použití purbeckých mramorových valounů, odrážejí vliv chóru svatého Hugha v lincolnské katedrále, postaveného o několik let dříve.
V roce 1234 byly zahájeny práce na novém východním konci kostela, který nahradil krátké normanské kněžiště mnohem větší desetitraktovou stavbou. Northwoldské kněžiště, dokončené kolem roku 1252, převzalo několik stylistických prvků použitých již v galilejské kruchtě.
Později
Během rušení klášterů Jindřichem VIII. byl v roce 1539 zrušen i klášter v Ely. Ely utrpělo méně než mnoho jiných klášterů, ale i tak byly zničeny sochy, řezby a vitráže. Zničena byla svatyně svaté Etheldredy.
V roce 1541 byla katedrála znovu založena s kapitulou osmi kanovníků, stejně jako královská škola. Prvním děkanem se stal Robert Steward, poslední převor kláštera.