Археологические находки говорят о том, что уже 3 тысячи лет назад на Бабенбергской соборной горе (Domberg) существовало поселение Бронзового века. В эпоху Железного века эту территорию занимали племена кельтов, а примерно в 100 году до н. э. сюда пришли германцы. В середине I-го тысячелетия н. э. она была завоёвана германским племенем франков и оказалась в составе их королевства.
Как свидетельствуют данные археологии, соборная гора непрерывно была заселена с 600 года н. э., однако неясно, было ли это место населено ранее или это было новое поселение. В конце I-го тысячелетия н. э. им владел франкский графский род Поппонов. В конце IX века они сделали его своим региональным центром власти и в связи с этим окружили его стеной. Примерно в то же время поселение стало называться Бабенбергом, а графы Поппоны – Бабенбергами. Впервые же письменно город упоминается в 902 году как «Castrum Babenberch». Тогда между Бабенбергами и франкским графским родом Конрадинов разгорелся кровавый конфликт за власть над областью среднего Майна. В результате в 903 году Бабенберги потерпели поражение и были изгнаны из Франконии, а их владения перешли к королю и оставались в составе королевских имуществ до 973 года, пока император Священной Римской империи Оттон II не подарил их вместе с Бабенбергом своему двоюродному брату, герцогу Баварии Генриху II Строптивому.
В 995 году после смерти Генриха II Строптивого герцогом Баварии стал его сын Генрих. В 1000 году в качестве свадебного подарка он подарил Бамберг своей супруге Кунигунде, дочери герцога Зигфрида I Люксембургского. Ставший в 1002 году королём, а в 1014 году императором Генрих II Святой весьма способствовал развитию Бамберга: при его поддержке в 1004 году началось строительство первого городского собора, а 1 ноября 1007 года по инициативе Генриха II Римский Папа Иоанн XVIII учредил епископство Бамберг, выделив его из епархий Вюрцбурга и Айхштета. Император одарил епископство значительными земельными владениями, а Папа Бенедикт VIII в 1020 году подчинил его напрямую папскому престолу. Это епископство стало значительным культурным и политическим центром Франконии. На него было возложено ведение миссионерской работы в славянских землях; его соборная школа со временем встала в один ряд с соборными школами Магдебурга и Льежа. Сам Бамберг был при Генрихе II фактической столицей королевства и империи, в нём располагались различные государственно-административные учреждения. При Генрихе II возникли многочисленные церкви и монастыри, в 1015 году был основан бенедектинский монастырь Святого Михаила.