Unter den Nachfolgern der ersten Kölner Bischöfe ragt Hildebold (bzw. Hildebald), ebenfalls später als Heiliger verehrt, hervor. Er war Vorsteher der Klerikergemeinschaft am Hofe Karls d. Großen und enger Vertrauter der großen Frankenherrschers. Ab 794/795 persönlich in den Rang eines Erzbischofs erhoben, stieg sein Bistum Köln, wie oben schon bemerkt, bald nach 800 zum Erzbistum auf. Dass die kölnische Kirche, die nach der Entstehung des Deutschen Reiches geographisch an dessen Westgrenze lag, eine herausragende Bedeutung in Kirche und Reich erlangte, ist dem hl. Bruno, einem Bruder Kaiser Ottos d. Großen, und einer ganzen Reihe herausragender Erzbischöfe des Hochmittelalters zu verdanken. Sie gehören zu den "Reichsbischöfen", für die charakteristisch ist, dass sie nicht nur geistliche Oberhirten in ihrem Bistum waren, sondern auch Stützen der deutschen Könige und Kaiser im sog. ottonisch-salischen Reichskirchensystem. Seit 1031 besaßen die Kölner Erzbischöfe als Reichskanzler für Italien eine Würde, die ihnen ebenso wie das Recht, den deutschen König zu krönen, jahrhundertelang verblieben ist. Der hohe Rang in Kirche und Reich wurde von den Erzbischöfen auch zum Wohle der kölnischen Kirche genutzt; viele Stifte und Klöster sind von Kölner Erzbischöfen gegründet worden; man denke nur an den hl. Heribert und den hl. Anno. Ebenso ist der Erwerb zahlreicher Reliquien, die zum Ruhm der "heiligen" Kölner Kirche beitrugen, Erzbischof Bruno I. und seinen Nachfolgern zu verdanken.

Mit dem hl. Bruno beginnt aber auch die Rolle der Kölner Erzbischöfe als weltliche Herrscher. Otto d. Große hat seinen Bruder zunächst zum Herzog von Lothringen ernannt und ihm dann zusammen mit dem Erzbischof von Mainz die Regentschaft im Reich während des Italienzuges von 961 bis 965 übertragen. Hier liegen die Wurzeln dafür, dass die Kölner Erzbischöfe bis 1288 auch Stadtherren von Köln waren und bei der Herausbildung von Territorien auch ein eigenes Herrschaftsgebiet, das Erzstift Köln, schufen. Dieses hieß später, als durch die Goldene Bulle von 1356 dem Kölner Erzbischof eine der sieben Kurwürden, d. h. das Recht, den deutschen König zu wählen, zuerkannt worden war, Kurköln. Die geistliche und weltliche Stellung der Kölner Erzbischöfe, symbolisiert durch Krummstab und Schwert, bestand bis zum Ende des Alten Reiches. Die weltliche Aufgabe stand dabei im Vordergrund. Reinald von Dassel, Reichskanzler und engster Berater Kaiser Friedrich Barbarossas, verbrachte nur einen Bruchteil seiner Amtszeit im Erzbistum Köln. Philipp von Heinsberg, der 1180 das Herzogtum Westfalen für das Kölner Erzstift erwarb, und Konrad von Hochstaden waren zu ihrer Zeit die mächtigsten Fürsten im Nordwesten des Reiches. Eine nachhaltige Erschütterung dieser Machtstellung brachte die verlorene Schlacht von Worringen (1288). Auch in der Folge blieben die Kölner Erzbischöfe in die geistlichen und weltlichen Entwicklungen ihrer Zeit, nicht zuletzt die Territorialpolitik, verstrickt. Ein letzter Versuch, die alte Machtstellung zurückzugewinnen, scheiterte unter Erzbischof Dietrich von Moers (Soester Fehde 1444–1449). Er trieb das Erzstift in den finanziellen Ruin. Andererseits hat er sich im geistlichen Bereich, vor allem im Hinblick auf die Klosterzucht, als Reformer hervorgetan.

Anlass zu Reformen gab die spätmittelalterliche Kirche genug. Verschiedene Gründe haben schließlich zur Reformation und am Ende zur Entstehung von drei Konfessionskirchen geführt. Der anfänglich eingeschlagene reformkatholische Mittelweg im Geist des Humanismus scheiterte ebenso wie die von den Erzbischöfen Hermann von Wied und Gebhard Truchseß von Waldburg in den Jahren 1543–1547 bzw. 1583–1584 unternommenen Versuche, das Kölner Erzstift der Reformation zuzuführen und zu säkularisieren. Dazwischen regierten jeweils für nur kurze Zeit drei Erzbischöfe, die keine Priester- und Bischofsweihe empfangen hatten und dem Erzbistum Köln in der geistlichen Leitung einen Tiefpunkt wie zu keiner anderen Zeit bescherten. Dass sich in dem größten Teil der Diözese die neue evangelische Bewegung weder in ihrer lutherischen noch in ihrer reformierten Richtung durchsetzen konnte, hat ebenfalls viele Gründe. Entscheidend war am Ende, dass von 1583 bis 1761 das katholische Haus der Wittelsbacher hintereinander fünf Kölner Erzbischöfe stellte, die sich nachdrücklich für die altkirchliche Religion und die Rekatholisierung mancher Gebiete einsetzten, im übrigen aber wie die anderen Fürsten ihrer Zeit Träger einer adelig-höfischen Barockkultur waren. Exponent derselben war der letzte Wittelsbacher, Clemens August. Er verkörperte wie die nachfolgenden Kölner Kurfürsten eine aufgeklärt-absolutistische Herrscherauffassung.