Vers 1050, le duc de Normandie, Guillaume le Bâtard, épouse Mathilde, la fille du comte de Flandre.
Ce mariage avait pourtant été interdit quelques mois auparavant par le pape Léon IX au cours du concile de Reims, car selon le droit canonique ils sont parents à un degrè de consanguinité prohibé.
Guillaume demande à son fidèle conseiller, Lanfranc de Pavie, d'aller plaider sa cause auprès du Saint Siège. C'est en 1059 que le nouveau pape, Nicolas II accorde le pardon de l'Eglise mais en compensation chacun des époux devra faire bâtir une abbaye.
Pour leur implantation Guillaume choisit la petite bourgade de Caen qui est devenu l'un de ses lieux de résidence favori, il y a d'ailleurs ordonné la construction d'un château.
Au Sud Ouest, sur la route de Bayeux, il fonde une abbaye d'hommes, au Nord Mathilde fait de même mais pour des femmes.
Chacune des abbayes donne ainsi naissance à des faubourgs auxquels elles donnent leur noms: Le bourg l'abbé et le bourg l'abbesse. Caen devient de ce fait l'une des cités les plus puissantes de la Normandie que se soit sur les plans religieux, intellectuel, économique, politique et militaire
Les deux abbayes respectent chacune la même règle de vie commune, celle de Saint-Benoît.
Le chantier de l'Abbaye aux Dames commence vers 1060-1061 et dès le 18 juin 1066, alors que l'église est encore en travaux, tous les grands seigneurs laïcs et écclésiastiques se rassemblent autour du couple ducal pour dédicacer l'église abbatiale au nom de la Sainte Trinité.
Cette messe solennelle permet surtout à Guillaume de mettre au point avec eux les derniers préparatifs de la conquête de l'Angleterre.
Au cours de cet office, Guillaume et Mathilde offrient au monastère, Cécile, leur fille, âgée seulement de cinq ans, qui deviendra la seconde abbesse de l'abbaye, et de nombreuses terres situées autour de Caen et beaucoup de biens mobiliers.
D'autres seigneurs imitent le duc et la duchesse permettant à l'abbaye de se constituer un patrimoine foncier trés important. Les religieuses percoivent ainsi de ces terres des revenus qui leurs assurent un bon niveau de vie.
Après la conquête de l'Angleterre, Guillaume donne des propriétés anglaises aux abbayes caennaises.

Le 1er Novembre 1083, la Reine Mathilde meurt. Auparavant elle avait demandé à être inhummée dans le choeur de l'église de la Trinité. Son voeu est exhaucé. Aujourd'hui on peut se recueillir devant la dalle de marbre noir de Tournai sous laquelle repose Mathilde. La fondatrice morte, l'abbaye continue à vivre.