När man står framför S:t Olofs ruin ser man resterna av en romansk kyrka i gråsten från första hälften av 1100-talet. Men det är mycket som ögat inte lägger märke till vid första anblick. Kyrkan har en lång och komplicerad byggnadshistoria.
En indikation på S:t Olofs kyrkas stora betydelse, är att man i början på 2000-talet hittade rester av äldre grundmurar under den nu synliga ruinen. Tidigare hade man förmodat att S:t Olofs kyrka tillkommit precis i slutet av 1000-talet eller i början av 1100-talet. Men vid de senaste utgrävningarna kunde man konstatera att de framgrävda grundmurarna är utförda i en grundmurskonstruktion som i Norden bara finns under 1000-talets mitt och som man har funnit i de allra äldsta stenkyrkorna i Norden t.ex. i Helgakorskyrkan i Dalby i Skåne som är från 1060. Detta är en häpnadsväckande upptäckt – I Sigtuna finns alltså en av Nordens äldsta stenkyrkor.
Grundmurarna från kyrkan från 1000-talet går naturligtvis inte att se eftersom utgrävningsschakten är igenfyllda. Däremot kan man på kyrkans södra sida i marknivå se tre murar som skjuter ut och bildar ett litet fyrkantigt rum. Innanför murarna finns en grop med galler över och så ser man en liten märklig fönsteröppning i marknivå. Den här lilla utbyggnaden är troligen lika gammal som grundmurarna från 1000-talet. Den fanns alltså som en liten fristående byggnad, innan den synliga gråstenskyrkan byggdes.
Varför då och vad var det egentligen för en byggnad?
Brunnshus med helig källa
Arkeologerna kunde alltså konstatera att den lilla utbyggnaden på den södra sidan av S:t Olofs kormurar är äldre än den nuvarande synliga kyrkoruinens murar.
Troligen så är den här lilla utbyggnaden ett brunns- eller källhus. Kan det ha legat en helig källa här som man byggt ett brunnshus omkring? Källan har troligen en anknytning till S:t Olofskulten som var mycket stor i hela Norden vid denna tid. Kyrkoruinen är ju invigd till hans ära. Enligt S:t Olofslegenden så passerade Olof Haraldsson, (som senare blev helgonet S:t Olof efter sin död 1030) Sigtuna på sin väg från Kiev-Rus riket tillbaka till Norge.
Det intressanta med detta lilla brunnshus är att man bygger ett hus i sten omkring den i en tid då man knappt ens bygger murade byggnader eller ens kyrkor i sten i Norden. Detta lilla källhus är det enda kända tidigmedeltida käll- och brunnshus i sten som vi känner till i Norden.
Men vad gör då det lilla fönstret i marknivå för nytta? En sådan här fönsteröppning från ett separat rum in mot ett kyrkorum, kallas i medeltida kyrkobyggnader för ett Hagioskåp, en öppning för att se det heliga. I det här fallet är den ursprungliga funktionen inte att man från tillbyggnaden skall se in i kyrkorummet, utan tvärtom, att man från kyrkorummet skall se den heliga källan.
S:t Olof, en Domkyrka?
Ett ytterligare argument för att S:t Olof kan ha fungerat som biskopskyrka under en period är att grundmurarna för den västra delen av kyrkan (långhuset) går ut under den moderna Olofsgatan, där man idag kan köra och parkera sin bil. Dessa murar ligger under gatan och upptäcktes vid utgrävningar kring 1920.
Detta bevisar att man ursprungligen tänkt sig att S:t Olofs kyrka skulle bli nästan dubbelt så lång och stor som den ruin vi kan se idag. Absiden i ruinen är också ovanligt bred och djup, vilket tyder på att man haft ett stort Högaltare som man behöver i en domkyrka där många präster skulle rymmas vid altaret.
Kyrkan skulle alltså också ha haft en lång och bred byggnadsdel väster om centraltornet. Men detta verkar aldrig ha fullbordas. Man avbröt bygget efter att grundmurarna gjorts och gjorde den nuvarande västgaveln som finns synlig nära kyrkogårdsmuren vid Olofsgatan. Det blev alltså ett mycket kortare kyrkorum. Varför vet man inte, men en trolig förklaring är att domkyrkofunktionen och biskopssätet flyttade till Gamla Uppsala på 1130-talet.
Kontakter med England
Kyrkoruinen har i övrigt mycket ålderdomliga drag, t.ex. nyckelhålsformade trapetsoida fönster, ett typiskt anglosaxisk arkitektoniskt drag. Sigtuna hade många och nära kontakter med England. Teglet i S:t Olofs kyrkoruin kom dit på 1300 eller 1400-talet då man utvidgade dörröppningar och murade in valv. Tidigare hade man öppna trätakstolar eller plana innertak av träplankor spikade på undersidan av takstolarna. Sidoskeppen och korabsiden (altarnischen) hade redan från byggnadstiden ursprungliga murade valv av gråsten.
Alla gråstenskyrkor var under medeltiden putsade med murbruk på både in- och utsidan, d.v.s. det råa stenmurverket som vi ser idag, var alltså inte synligt utan täckt av ett slätt putslager.
De putsade ytterväggarna kunde under 1100-talet också vara bemålade, inte bara runt fönster och dörröppningar, utan också över hela murytorna. Ofta var den utvändiga väggfärgen rosafärgad med hjälp av järnockrapigment och inte alltid vit, som vi kanske tror.