Noch zu Beginn des 18. Jahrhunderts hatte der Dom schätzungsweise 16 Glocken. Im Westturm hing mit der "Hosanna" aus dem Jahr 1298 die älteste und zweitgrößte Domglocke mit fünf Tonnen Gewicht. Mit rund neun Tonnen gehörte "Marienglocke" von 1490 zu den größten Glocken des Mittelalters überhaupt. Weiterhin bekannt sind die "Silberglocke" (1490) sowie die "Bemberle" genannte Glocke von 1618.
Im Ostturm hingen mindestens neun Glocken in einem sternförmigen Holzstuhl, darunter die "Bretzelglocke" (1407), die "Kreuz- und Gewitterglocke" (1491) und die größte mit der Bezeichnung "Zwölf-Uhr-Glocke" (1598).
Beim Turmbrand von 1767 wurde die Glockenanlage des Westturms zerstört. 1773 schuf der Mainzer Gießer Martin Roth ein neues Hauptgeläute mit vier Glocken und weiteren Sologlocken. Durch die Beschießung der Kathedrale 1793 wurden die Domglocken mit einer einzigen Ausnahme vernichtet. Doch auch die schwer beschädigte "Bonifatiusglocke" musste schließlich eingeschmolzen werden.
1809 konnte Bischof Colmar vier neue Glocken für den wiederaufgebauten Dom anschaffen und am 24. September weihen. Für die größte Glocke (Grundton b°) verwendete Glockengießer Joseph Zechbauer das Metall von drei preußischen Kanonen, die französische Truppen in der Schlacht von Jena und Auerstädt (1806) erbeutet hatten. Die Kanonen schenkte Napoleon I. dem Mainzer Bischof. Die Martinus-Glocke zeigt ein Bildnis des Heiligen, die Inschrift erinnert an den französischen Kaiser.
Alle vier Glocken entgingen während der beiden Weltkriege der Einschmelzung, ebenso blieb der große Eichenholz-Glockenstuhl aus dem Jahr 1809 original erhalten. Der letzte Mainzer Kurfürst-Erzbischof von Dalberg hatte ihn gestiftet.
1960 wurde der Klang von drei Glocken korrigiert und das Geläut um vier weitere Glocken ergänzt, die der Heidelberger Glockengießer Friedrich Wilhelm Schilling schuf. Nach zweijähriger technischer Sanierung des Glockenstuhls und musikalischer Korrektur vervollständigt seit 2002 die neue Heiliggeist-Glocke das Domgeläute.
