Son varios los historiadores que atribuyen a la Diócesis de Zamora un origen apostólico. Pero, en realidad, hasta comenzar el siglo X, en que aparece el Obispo San Atilano, las noticias son muy confusas. En esta centuria sufre la invasión mahometana, llevada a cabo por los califas Abderramán III en el 939, en que se libró la batalla de «El foso de Zamora», y Al-Haken en el 963. Tras los ataques de 981 y 984, la plaza de Zamora cae bajo la dominación árabe en 986 y en ella se instala una guarnición musulmana. Posteriormente, es devuelta mediante un pacto, a Bermudo II. Pero hasta 1121 no se restablece la Sede.
Por entonces, se suscitó un largo pleito entre el arzobispo de Braga (Portugal) y el de Toledo, sobre la jurisdicción que cada uno invocaba como metropolitano, en relación con el obispado de Zamora. El primero alegaba ser territorio situado al norte del río Duero, algún tiempo agregado a la diócesis de Astorga. Y el segundo pretendía fundamentar su defensa en la consagración que había hecho del obispo de Salamanca, Jerónimo de Perigord, que ejercía funciones episcopales en Zamora; litigio que resolvió en 1120 el Papa Calixto II, declarando al prelado de Zamora exento de cualquier metropolitano. Más tarde, en el pontificado de Eugenio III, insistió en su reclamación el arzobispo de Braga, obteniendo letras pontificias en favor de su pretensión, que confirmaron los pontífices Adriano IV y Alejandro III.
El arzobispo de Santiago, que tenía en su metrópoli al de Salamanca, reclamó posteriormente sus derechos sobre Zamora, ya que ambas habían pertenecido a los metropolitanos de Mérida, de los que eran sus sucesores los compostelanos, dictándose resolución a favor de estos últimos por Inocencio III.
Desde finales del siglo XI hasta los comienzos del XIII tomó un enorme impulso la construcción de templos en esta diócesis y son numerosos los que se alzaron en la capital en estilo románico, de los que aún subsisten más de 20 en diverso estado de conservación. De hecho, Zamora es la capital de Europa con más iglesias románicas. El rey Alfonso VII fue uno de los mayores propulsores de estas iglesias; y a él se debe la iniciación en 1151 de las obras de la Catedral con su singular cúpula bizantina, consagrada en 1174, así como el restablecimiento definitivo e ininterrumpido de la diócesis por bula del Papa Calixto II. Además de Zamora, sólo hay cúpula bizantina en la catedral vieja de Salamanca y la antigua colegiata de Toro.
Se aprobó, por real cédula auxiliatoria, el arreglo parroquial que comenzó a regir el 1 de enero del siguiente año.
Dice la tradición que en la Iglesia de Santiago de los Caballeros la reina Urraca I de León armó caballero a Don Rodrigo Díaz de Vivar, el Cid Campeador.