Toledo dejó de ser capital, dependiendo del emirato de Córdoba, convertido luego en califato. Sin embargo fue siempre ciudad levantisca, crítica y beligerante con el lejano centro de poder. Una sucesión de guerras civiles a principios del siglo XI dio lugar a la desmembración del califato y la creación de los llamados reinos de taifas, siendo el de Toleytola uno de los más pujantes bajo el gobierno de Al Mamun (1043-1075). Es cuando vivieron aquí algunos de los más grandes historiadores, médicos, matemáticos y astrónomos, entre los que destacó Abu Isaac Ibrahim, Azarquiel, autor de las llamadas Tablas toledanas, que fijaban el meridiano en Toledo. En su corte se refugió Alfonso VI antes de suceder a su hermano en el trono de Castilla.

Toledo contaba con una docena de mezquitas, varios baños y zocos. Si tenemos en cuenta que la mezquita mayor, situada en el solar de la actual catedral, debe dar cabida a todos los habitantes varones de una ciudad, podemos fácilmente imaginarnos que la población de Toledo musulmán era muy numerosa. Vivían en la ciudad también las comunidades judía y cristiana, llamada mozárabe, fieles a sus religiones, aunque adoptaran árabes modos de vivir diario. Existían, pues, iglesias y sinagogas. Aquella época también decidió para siempre los rasgos generales del urbanismo Toledano, con calles estrechas y tortuosas, adarves sin salida y casas volcadas en sus bellos patios interiores, verdaderos centros de la vida familiar y social.

Al Qadir, el sucesor del gran Al Mamún terminó perdiendo los territorios de la taifa ante la estrategia de prolongado asedio por parte del rey Alfonso VI, perdiendo su capital el 25 de mayo de 1085. Desde 1088 la Catedral de Toledo ostenta la primacía sobre las demás diócesis nacionales.

Los sucesivos refuerzos de los almorávides y almohades llegados desde África pusieron más de una vez en peligro las conquistas cristianas. Son testimonio de ello los numerosos castillos que marcan los cambios de las fronteras a los largo de más de un siglo, hasta la batalla de las Navas de Tolosa en 1212. Alejado el peligro de la capital, siendo rey de Castilla Fernando III y arzobispo de Toledo Rodrigo Ximénez de Rada, pudieron iniciarse las obras de una nueva catedral, tras el derribo de la mezquita mayor que cumplía estas funciones hasta entonces

El foco cultural y fondo bibliográfico creado por Al Mamún no desaparece con la reconquista cristiana y la ciudad continuó acogiendo a algunos de los más destacados científicos y artistas. En la segunda mitad del siglo XII destacaron el filósofo Domincus Gundisalvo –traductor de Avicena-, Juan Hispano –astrónomo de origen judío- y Gerardo de Cremona, famoso médico y matemático. Este crisol toledano de lenguas y culturas permitió la traducción al latín y al romance -o castellano antiguo- de numerosos textos de la antigüedad clásica (Aristóteles, Tolomeo o Hipócrates) perdidos para el mundo cristiano, ya vertidos, sin embargo, al árabe y hebreo. El abad de Cluny, Pedro el Venerable encargó en Toledo la traducción al latín del texto coránico. Así, siglos más tarde se acuñó el término de la Escuela de Traductores de Toledo. El gran artífice de este renacer cultural y científico fue el rey Alfonso X El Sabio, natural de Toledo.