В 1246 г. в Провансе установилась власть Анжуйской династии. В 1481 г. французский король Людовик XI присоединил Прованс, и Арль окончательно отошёл к Франции. С конца XV в. экономика Арля приходит в упадок, и он превращается в один из провинциальных городов Южной Франции. Церковное предание, отражённое в послании папы Зосимы (417–418 гг.) от 417 г., связывает основание христианской церкви в Арле с именем Трофима, апостола от 70-ти. Из послания галльских епископов к папе Льву I Великому (440–461 гг.) в 452 г. исследователям известно, что он был направлен из Рима в Арль апостолом Петром. Григорий Турский относил деятельность св. Трофима к середине III в. и включил его в число семи епископов, посланных из Рима для просвещения Галлии. Киприан Карфагенский писал о том, что в 254 г. церковь Арля уже миновала период становления и была достаточно организованной. Древнейшие христианские памятники в Арле также относятся к началу III в. В XI в. возникло предание, связывающее начало христианской проповеди в Арле с Марией Магдалиной, Лазарем Четверодневным и его сестрой Марфой. Первым мучеником в Арле считается св. Генесий, пострадавший в годы гонений при императоре Деции. В период арианской смуты епископ Сатурнин поддержал проарианскую политику императора Констанция II, за что был низложен парижским Собором под председательством епископа Илария Пиктавийского (361 г.). В V–VI вв. христианская церковь в Арле достигла расцвета, почти все епископы этого периода канонизированы Западной церковью, из них особенно прославились святые Гонорат (427–429 гг.), Иларий (429–449 гг.), Кесарий (502–542 гг.), Аврелиан (546–551 гг.) и Виргилий (около 588 – около 610 гг.). В это время в городе и его предместьях появились монастыри, первый был основан около 430 г. св. Иларием у базилики св. Генесия на левом берегу реки Роны. В IV в. Арль был одним из городов провинции Вьенская Галлия, его епископ находился в подчинении архиепископа (митрополита) Вьенского. В 392 г. префект Галлий перенёс свою резиденцию из Трира в Арль, который занял более высокое положение, чем Вьен. Тогда же епископ Арля стал добиваться, чтобы городу был придан статус митрополии. Собор галльских епископов в Турине (398 г.) при участии Симплициана Медиоланского и других епископов Северной Италии постановил разделить вьенское архиепископство, при этом южная часть провинции отошла в ведение арелатского архиепископства. В 417 г. папа Зосима предоставил епископу Арля Патроклу право поставлять епископов во всей вьенской и обеих нарбонских провинциях, а также сделал его фактически первенствующим во всей Галлии. Это решение папы вызвало протест со стороны Массилийского архиепископа Прокула и Нарбонского архиепископа Илария. Преемник Зосимы папа Бонифаций I (418–422 гг.) восстановил Нарбонское архиепископство (422 г.), значительно урезав права архиепископа Арля, который, тем не менее, сохранил за собой прежние права не только в южной части Вьенской провинции, но и во второй Нарбонской провинции (и, как полагают исследователи, в Приморских Альпах). Иларий собирал межпровинциальные Галльские Соборы и назначал епископов и за пределами своего архиепископства, что не нравилось высшим иерархам не только Галлии, но и Рима. В 445 г. папа Лев I Великий, рассмотрев жалобы двух галльских епископов и их паствы на архиепископа Арля, постановил ограничить власть Илария пределами его епархии. В 450 г. Собор галльских епископов направил петицию к папе Льву I с просьбой восстановить митрополию в Арле и вернуть кафедре её прежние права, что и было сделано.