Der fränkische König Pippin soll um das Jahr 765 in den Quellwassern der ehemaligen römischen Therme gebadet haben. Sein Sohn Karl der Große wählte Aachen zu einem seiner bevorzugten Wohnsitze und machte den Ort zum Mittelpunkt des gesamten fränkischen Reiches. Gegen Ende des 8. Jahrhunderts ließ Karl eine sogenannte "Pfalz" nach römischen, byzantinischen und germanischen Bauideen errichten.

An der Stelle des heutigen Rathauses stand die Königshalle mit dem Thronsitz des Kaisers und seinem Wohnbereich. An der Stelle des heutigen Doms standen die achteckigen Marienkirche mit zwei Anbauten sowie einem Atrium im Westen. Ein Verbindungsgang zwischen Kapelle und Königshalle könnte die Garnison und die Schreibstuben beherbergt haben. Zur Pfalz gehörten auch eine Gerichtsstätte und das aus Ravenna stammende Denkmal des Theoderich in der Mitte des heutigen Katschhofes. Erhalten ist aus dieser Zeit die Kapelle, einige Grundmauern und der Granusturm mit Originalbausubstanz bis auf 20 m Höhe.

Zu Beginn des 13. Jahrhunderts erhielt die Königshalle einen hölzernen Deckeneinbau, der schon 1273, beim Krönungsfestmahl Rudolfs von Habsburg, baufällig war. Hier beginnt die Geschichte des gotischen Aachener Rathauses.