Resterna av skrinet innehåller ett armben tillhörande stadens skyddshelgon, sankte Svithun av Winchester, som levde på 800-talet.
Fyndet hittades av arkeologer under kryptan i domkyrkans norra torn, uppger Stavangers universitet i ett pressmeddelande.
I närmare ett halvt årtusende trodde man att relikskrinet, som består av en förgylld kopparplatta, hade skickats till Danmark och smälts ned i samband med reformationen. Enligt en konservator har en röntgenundersökning av plattan visat en bild av en kyrkbyggnad med torn och tak, pelare och fönster.
För kyrkan och staden är fyndet en sensation, säger utgrävningens ledare Sean Denham.
