La basilique a été construite entre 1087 et 1197, pendant la domination italo-normande des Pouilles, la zone était précédemment occupée par le Catépanat d'Italie dont Bari était le siège.
Sa fondation est liée au vol des reliques de Saint Nicolas depuis le temple originel du saint à Myre, en Asie mineure. Lorsque Myre passa aux mains des Turcs seldjoukides, certains y ont vu une occasion d'aller porter les reliques du saint dans un endroit plus conforme à la chrétienté. Selon une légende, le saint, en passant sur le chemin de Rome, avait choisi Bari comme lieu de sa sépulture. Il y avait alors une grande concurrence entre Venise et Bari pour l'accueil des reliques.
Celles-ci ont été emportées sous le nez des gardiens grecs et de leurs maîtres musulmans, et le 9 mai 1087, ont été débarquées sans problème à Bari. Une nouvelle église a été construite pour les abriter, honorée de la présence du pape Urbain II lors la consécration de la crypte en 1089. L'édifice a été officiellement consacré en 1197, en présence du vicaire impérial, l'évêque Conrad de Hildesheim, et de nombreux évêques, prélats et des nobles. Elias, abbé du monastère voisin de Saint-Benoît, a été nommé premier archevêque. Sa cathèdre (trône épiscopal) est encore aujourd'hui dans l'église.
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