1946 wurden unter der Leitung von Otto Doppelfeld erste archäologische Ausgrabungen im Inneren des Domes begonnen. Sie wurden über Jahrzehnte hinweg weitergeführt und dauern in Einzelprojekten bis heute an. Durch diese Arbeiten sind unterhalb des Domes Räume entstanden, die sich mittlerweile unter nahezu allen Bereichen des heutigen Kirchenbodens erstrecken und eine Fläche von rund 4.000 Quadratmetern umfassen. Damit gehört die Kölner Domgrabung nicht nur zu den umfangreichsten Kirchengrabungen Deutschlands, sondern sie kann über geführte Rundgänge auch besichtigt werden.
Im Zuge der archäologischen Untersuchungen wurden Grundrisse und innere Strukturen verschiedener älterer Gebäude freigelegt, unter denen nicht nur der auch historisch überlieferte Alte Dom, sondern weitere Vorgängerbauten hervorzuheben sind. Gemeinsam mit zahlreichen Architekturresten und einer immensen Anzahl archäologischer Fundstücke, ca. 260.000, bezeugen sie die Entwicklung von einem gehobenen römischen Stadtquartier zum christlichen Zentrum Kölns und vermitteln zudem, mit Blick auf die gewaltigen Fundamente der gotischen Kathedrale, einen Eindruck von Aufwand und Ablauf ihrer Entstehung.
Die Ausstellung in der Kölner Domschatzkammer präsentiert erstmals eine Auswahl von charakteristischen Exponaten aus den verschiedenen Epochen der Domgeschichte bis in die Frühzeit der christlichen Gemeinde und zurück in römische Zeit. Den Fragmenten eines römischen Matronensteins sind verschiedene Fundstücke aus dem 4.−6. Jahrhundert zur Seite gestellt, die auf das Adelsgeschlecht der Merowinger verweisen, deren Gräber 1959 unter dem Binnenchor entdeckt wurden. Ihre bedeutenden Grabausstattungen gehören zur ständigen Ausstellung der Schatzkammer. Aus dem gut dokumentierten, karolingischen Alten Dom, dem Vorgängerbau des heutigen gotischen Domes, zeigt die Ausstellung kostbare Reste des Fußbodenbelages und Wandmalereifragmente sowie einen Gesimsstein mit Palmettendekor, der zu den qualitätsvollsten Überresten der Bauplastik aus dieser Zeit zu zählen ist. Die gotische Großbaustelle ist durch Alltagsgeschirr der Arbeiter, einen goldenen Fingerring und eine Goldmünze, durch deren Fundort die Arbeiten am im Südturmfundament datiert werden können, dokumentiert. Textilfunde aus Gräbern von Geistlichen veranschaulichen Bestattungsriten des 17. und 18. Jahrhunderts. Schließlich geben die profanen Fundstücke aus dem 19. Jahrhundert einen Einblick in das Leben der Menschen rund um den Dom bis zu seiner Vollendung 1880.
Kurze Baugeschichte des Kölner Domes und seiner Vorgängerbauten
Die Vorgeschichte der Kölner Bischofskirche reicht bis in römische Zeit zurück. Das auf einer Anhöhe über dem Rhein liegende Areal befand sich in der nordöstlichen Ecke der 50 n. Chr. zur Kolonie (Colonia Claudia Ara Agrippinensium) erhobenen Römerstadt. In unmittelbarer Nähe verlief die nördliche Flanke der ab dem Ende des 1. Jahrhunderts errichteten Stadtmauer. In spätrömischer Zeit war das Viertel vor allem durch gehobene Wohnbebauung geprägt und es ist durchaus möglich, dass innerhalb eines der Häuser bereits im 4. Jahrhundert eine Hauskirche bestanden hat – einen Beleg hierfür gibt es aber nicht. Ein erster Kölner Bischof ist mit dem heiligen Maternus 313/14 bezeugt.
Im frühen 5. Jahrhundert kam Köln endgültig unter fränkische Herrschaft und bestand als bedeutende Stadt im Frankenreich fort. Spätestens im frühen 6. Jahrhundert ist nun auch eine große Kirchenanlage an der Stelle des heutigen Domes nachgewiesen. Von dieser zeugen vor allem das östlich des heutigen Domes aufgedeckte Taufbecken eines frühmittelalterlichen Baptisteriums sowie unter dem Domchor freigelegte merowingische Fürstengräber und Reste einer Amboanlage und einer gemauerten Priesterbank.
Um 800 entstand an diesem Ort eine gewaltige karolingische Kirche, der sogenannte Alte Dom. Die zunächst dreischiffige Kirche wurde wohl in der Mitte des 11. Jahrhunderts um zwei Seitenschiffe erweitert. Der Westchor der doppelchörigen Kirche war dem Dompatron Petrus, der Ostchor der Gottesmutter Maria geweiht. Die Fundamente in der Grabung zeugen noch heute von der Dimension, zahlreiche Funde von der prachtvollen Ausstattung der Kirche. Nachdem Erzbischof Rainald von Dassel 1164 die Gebeine der Heiligen Drei Könige aus Mailand nach Köln übertragen ließ, wurde der Dom zu einem der wichtigsten Wallfahrtsorte der Christenheit in Europa.
Am 15. August 1248 wurde von Erzbischof Konrad von Hochstaden schließlich der Grundstein zur heutigen hochgotischen Kathedrale gelegt. Unzählige Funde erzählen vom Alltag auf der Baustelle aber auch von den Verkaufsbuden und Handwerkern die sich im Mittelalter um den Dom herum ansiedelten. Bis in die Neuzeit diente die Kathedrale auch als Grabkirche vor allem für die Domgeistlichkeit – wovon ebenfalls zahlreiche Funde zeugen.
Bei Einstellung der Bauarbeiten nach 1520 blieb der Dom ein gewaltiger Bautorso. Erst zwischen 1842 und 1880 wurde er vollendet. Auch die Zeit der Domvollendung und des frühen Tourismus hat zahlreiche Spuren im Erdreich hinterlassen, die im Rahmen der archäologischen Ausgrabungen zutage gefördert wurden.