เริ่มแรกได้มีการก่อตั้งสักการสถานเพื่อเป็นที่บรรจุเรลิกของนักบุญฟลูร์ มุขนายกองค์สำคัญของโอแวร์ญในอดีตซึ่งใช้ชีวิตอยู่ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 4 และยังเป็นที่มาของชื่อเรียกเมืองและอาสนวิหารแห่งนี้ และต่อมาในคริสต์ศตวรรษที่ 11 พระอธิการแห่งกลูนี ได้ก่อตั้งคณะนักบวชนักบุญฟลูร์จึงได้สร้างบาซิลิกาไว้ที่บริเวณนี้ โดยได้เสกขึ้นเป็นบาซิลิกาโดยสมเด็จพระสันตะปาปาเออร์บันที่ 2 ในปี ค.ศ. 1095 และต่อมาในปี ค.ศ. 1317 ก็ได้เพิ่มฐานะเป็นอาสนวิหารด้วย ต่อมาในปี ค.ศ. 1398 มีการพังทลายของของวิหารบริเวณส่วนทิศเหนือ มุขนายกในขณะนั้นจึงได้มีการสร้างเป็นอาสนวิหารแห่งใหม่ในแบบกอทิกวิจิตร อันประกอบไปด้วยบริเวณกลางโบสถ์สามช่วงและหอคอยทั้งสี่แห่ง ซึ่งหลังจากการเสร็จสิ้นทั้งหมดก็ได้ทำพิธีเสกขึ้นเป็นอาสนวิหารอย่างเป็นทางการในปี ค.ศ. 1466

ในระหว่างการปฏิวัติฝรั่งเศสได้มีการบุกรุกและเปลี่ยนอาสนวิหารแห่งนี้เพื่อเป็นที่ตั้งโบสถ์แห่งเหตุผล (Temple of the Reason) ประจำลัทธิแห่งความเป็นเลิศ (Cult of the Supreme Being) ซึ่งตั้งใจก่อตั้งเพื่อเป็นศาสนาใหม่ประจำชาติแทนคริสต์ศาสนา ต่อมาตามความตกลง ค.ศ. 1801 ได้เปลี่ยนกลับเป็นอาสนวิหารดังเดิม และโครงการบูรณะซ่อมแซมครั้งสำคัญต่อมาในปี ค.ศ. 1846 และ ค.ศ. 1856 ซึ่งรวมถึงการทำลายหอคอยทั้งสองแห่งลง

ในปี ค.ศ. 1966 ได้มีการทำพิธีครบรอบ 500 ปีของอาสนวิหารแห่งนี้ ซึ่งก็ได้รับเกียรติจากนายกรัฐมนตรีฌอร์ฌ ปงปีดู (ตำแหน่งในขณะนั้น)