Maurice de Sully est évêque à Paris (de 1160 à 1196). Il propose la reconstruction d’une église-cathédrale dédiée à la Vierge Marie, au lieu de l’ancienne église Saint-Etienne. On pose la première pierre de Notre-Dame en 1163, en présence du Pape Alexandre III. Le nouvel édifice se voudra gothique (on retrouvera plusieurs styles de gothique dans la façade de la cathédrale). La construction de la cathédrale s’étend sur presque un siècle, divisé en quatre grandes campagnes (et donc quatre maitres d’œuvre différents). S’en suivra de nombreuses modifications (notamment des vitraux), au cours du XVIIème -XVIIIème siècle. De nombreuses statues furent détruites durant la période révolutionnaire.
En 1802, Notre-Dame est rendue au culte catholique romain suite à un nouveau concordat. Un peu plus tard, en 1844, le Roi Louis-Philippe 1er annonce la restauration de l’édifice et la création d’une sacristie, confiés à deux architectes (Eugène Viollet-le-Duc et Jean-Baptiste Lassus. Cependant, en 1857, la mort de Lassus laisse Viollet-le-Duc seul maître d’œuvre). A la restauration s’ajoutent de nombreuses modifications architecturales.
Les deux grandes guerres mondiales n’eurent heureusement pas d’impact sur la cathédrale. En 1965, on remplacera les vitraux de la nef (après presque 30 ans de débat). De 1990 à 1992, on restaurera le grand orgue, célèbre dans le monde entier. Egalement à partir de 1990, il y eut une grande campagne de restauration de la façade occidentale qui dura dix ans. Grâce à elle, nous pouvons désormais admirer l’édifice comme il était au Moyen-Âge.
La façade occidentale se présente comme une masse imposante, simple et harmonieuse dont la force et la grandeur reposent sur un jeu de lignes verticales et horizontale. Les plus évidents sont les deux larges bandes horizontales, et les quatre verticales qui s'élèvent vers le ciel. La grandeur de la cathédrale atteint 69 m au sommet des tours.
L'architecture gothique est généralement caractérisée par de