Mit der Unterwerfung der Sachsen durch die Franken unter der Führung Karls des Großen findet um 800 der Raum Dortmund erstmals schriftliche Erwähnung. Die fränkischen Reichsannalen berichten zum Jahre 775 von der Eroberung der „Sigiburg“ (Syburg), einer wichtigen Burganlage über dem Zusammenfluss von Ruhr und Lenne, und der Stiftung der Peterskirche durch den König. In einem Verzeichnis der Einkünfte des Klosters Werden an der Ruhr, niedergeschrieben zwischen 880 und 884, wird auch Dortmund selbst erstmals in der schriftlichen Überlieferung genannt: „In Throtmanni liber homo Arnold VIII denarios nobis solvit” (In Dortmund zahlt der freie Mann Arnold uns [Werdener Mönchen] jährlich 8 Pfennige), so lautet der karge Eintrag. Der altniederdeutsche Begriff „Throtmanni” bedeutet soviel wie: Siedlung am gurgelnden Gewässer.
Im Stadtkern Dortmunds wird der Hellweg von einer ebenfalls wichtigen Straße gekreuzt, die aus dem Kölner Becken durch das Bergische Land über Ruhr und Lippe nach Norden führte. Nicht nur in dieser verkehrsgeographisch begünstigten Lage, sondern ebenso im damit möglichen Zugang zu den erzreichen Mittelgebirgen, dürfen wir die Gründe für spätantiken-frühmittelalterlichen Siedlungstraditionen in der Dortmunder Altstadt vermuten.
Im Hochmittelalter entwickelte sich Dortmund zu einem der wichtigsten Produktionsorte für Buntmetall im Westen des Herzogtums Sachsen. Mit dem Herrschaftsantritt Heinrichs I. aus dem sächsischen Herzogshaus auf den Königsthron im Jahr 919 rückte Dortmund als Bindeglied zwischen der Hausmacht im Osten und westfränkischen Gebieten jetzt auch in den Vordergrund des politischen Geschehens. Schon seit dem 10. Jahrhunderts wurden in Dortmund an mehreren Standorten tonnenweise Bleizink- und Kupfererze aufgeschmolzen und zu Messingbarren verarbeitet. Sowohl im Aachener und belgischen Raum, aber auch im Sauerland und im Harz stehen die für die Messingproduktion benötigten Erze an. Die Buntmetallproduktion war ausschließlich königliches Recht und ihre Steuerung und Kontrolle verschafften den Königen eine monopolartige Stellung beispielsweise bei der Herstellung des für liturgische Geräte, wie Rauchfässer, Leuchter, Plastiken, Glocken und Kirchentüren so bedeutsamen Metalls.
Die Könige machten wiederholt in Dortmund Station und hielten wichtige Hoftage ab. Ihr Aufenthaltsort während dieser Zeit lag auf Königsland und zwar wahrscheinlich an der fortifikatorisch günstigsten Stelle direkt nördlich der heutigen Altstadt auf einem bis Mitte des 19. Jahrhunderts noch als „Burg“ bekannten Geländesporn mit dem Flurnamen „Auf dem Berge“. Der Fund eines Bleisarges mit der inneren Deckelinschrift „Livhart et Swanehilt“ (Leuthard und Swanehild) und zwei Kinderbestattungen verweisen auf eine Burgkapelle auf dem Gelände der 928 erstmals auch aus den Schriftquellen erschließbaren Burg. Ob diese „Burg“ als Pfalz bezeichnet werden kann, wird bis heute diskutiert.
Im Lauf des 10. Jahrhunderts wurde Dortmund zu einem wichtigen Königsmarkt, dessen Recht wiederholt auf andere Orte übertragen wurde, ohne dass dieses Recht aber im einzelnen überliefert wäre. Der Handel erlebte einen enormen Aufstieg, wie die Verbreitung der Münzen aus der königlichen Münzstätte Dortmund im gesamten Ostseeraum, des späteren Kernraums der Hanse, zeigt.
Im 11. Jahrhundert ist an verschiedenen Stellen im Altstadtbereich ein planmäßiger Ausbau der Infrastruktur zu beobachten. Wege wurden mit Kies gedeckt und teils mit Straßengräben versehen. In diese Zeit fallen auch die Vorgängerbauten der Innenstadtkirchen St. Reinoldi und St. Marien. Gegen Ende dieser Zeitspanne wurde der breite Graben an der Kampstraße zwischen späterem Westentor und Hansastraße, der bis dahin Königsland vom präurbanen Dortmund getrennt hatte, verfüllt und das von Heinrich VI. im Jahr 1193 gestiftete Prämonstratenserkloster St. Katharina an der späteren Katharinenstraße errichtet. Die dendrochronologisch um 1206 am Kuckelketor datierte Stadtmauer umschloss dann das heutige Gebiet der Altstadt mit einem mächtigen, steinernen Befestigungsring.