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La prospérité de la ville devenue après 1066 l'une des capitales du royaume Anglo-normand permit un essor considérable de la ville. Il a été proposé que, dès la fin du XIe siècle, les faubourgs marchands de l'ouest aient pu être enclos. La recherche archéologique n'a pas permis de vérifier cette hypothèse.
Il est certain qu'a l'époque des Plantagenets, la ville avait atteint à l'ouest et au nord ouest la limite des boulevards actuels. La zone marécageuse au bord de la Seine a du être assainie et les bras du fleuve entre els îles comblés dès avant le règne de Guillaume le Conquérant. Les murs nord et est ont englobé le territoire de la très riche abbaye de Saint-Ouen et le quartier de l'église Saint-Maclou.
Un pont de pierre est assuré depuis au moins 1160. C'est le pont de l'Emperesse Mathilde. Il a pu remplacer un pont de bois antérieur.

Ce dessin de Jules Adeline permet d'imaginer ce qu'était la ville à cette époque, et en particulier le front sud de ses défenses. Le pont Mathilde présentait un point faible. Il est vraisemblable que sa tête sud, sur la rive gauche, devait être défendue par une fortification, la Barbacane.
Le château ducal s'est déporté vers l'est. c'est la Tour de Rouen qi occupait les actuelles places de la Haute et de la Basse Veille-Tour.

L'aménagement des jardins de l'Hôtel de Ville (anciens jardins de l'abbaye de Saint-Ouen) ont permis la découverte de la base de la muraille du XII^e siècle. Un morceau en a été conservé avec une reconstitution du fossé.

Sur le Mont-de-Rouen qui devenait peu à peu la Côte Sainte-Catherine, la fortification du monastère tendait à en faire une place forte de première importance. Ce dessin du Livre des Fontaines de Jacques Le Lieur montre son état au début du XVI^e siècle.