Ещё во время римского владычества тут располагался алтарь Юпитера. У этого алтаря в 360 г. легионеры провозгласили императором Рима военачальника Юлиана, позднее прозванного Отступником за его попытку вернуть Империю в язычество.

Второй раз императором на том же месте, но уже в соборе Парижской Богоматери, был провозглашен Наполеон Бонапарт, спустя полторы тысячи лет.
В соборе хранится одна из великих христианских реликвий — Терновый венец Иисуса Христа. До 1063 года венец находился на горе Сион в Иерусалиме, откуда его перевезли во дворец византийских императоров в Константинополе. Балдуин II де Куртенэ, последний император Латинской империи, был вынужден заложить реликвию в Венеции, но из-за нехватки средств её на что было выкупить. В 1238 году король Франции Людовик IX приобрёл венец у византийского императора. 18 августа 1239 года король внёс его в Нотр-Дам де Пари. В 1243—1248 при королевском дворце на острове Сите была построена Сент-Шапель (Святая часовня) для хранения Тернового венца, который находился здесь до Французской революции. Позднее венец был передан в сокровищницу Нотр-Дам де Пари.

В раннее средневековье было тут несколько церковок, сменявших одна другую. В 1163 году архиепископ Морис де Сюлли получил благословение Папы Римского Александра III на строительство собора Парижской Богоматери, несмотря на резкое возражение против строительства со стороны одного из епископов (впоследствии св. Бернара) , заявившего, что не время строить, когда бедняки голодают. Но Папа сам и положил первый камень в фундамент Собора. (Именно этот Папа завещал свое сердце древнейшей из парижских церквей – Сен-Жермен-де-Пре) .
Главными создателями Нотр-Дам считаются два архитектора – Жан де Шель (работавший с 1250 по 1265 гг.) .

Строительство Собора к 1250 году в основном было завершено, а в 1315 закончена и внутренняя отделка. А ещё в 1302 году под этими сводами собрались впервые Генеральные Штаты – первый парламент Франции.
Здесь отслужил благодарственный молебен Карл Седьмой, коронованный в Реймсе, куда привела его Жанна д’Арк, вскоре после того сожженная на базарной площади в Руане в 1431 году.
А полтора века спустя после этого события, состоялась тут одна из самых странных свадеб в истории: Генрих Четвертый, который не был ещё Четвертым, а всего лишь королем крохотной Наварры, женился на сестре французского короля Маргарите (Марго) Валуа. Невеста стояла перед алтарем, а жених, который был гугенотом, оставался на паперти.
Во времена Людовика XIV, в конце XVII века, собор пережил серьёзные перемены: могилы и витражи были разрушены.
Настал конец XVIII века, и якобинский Конвент по-своему подошел к истории страны и ее реликвиям. В соборе устроили продовольственный склад, затем было принято решение о его продаже с торгов (одним из предполагаемых покупателей был французский социалист-утопист Сен-Симон) , одно время думали снести его совсем. В период революции собор превращают в храм Разума, в i ICM даже устраивают "всенародное празднество в честь Разума".
До середины XIX века собор находился в плачевном состоянии. Внимание к нему привлек роман Виктора Гюго "Собор Парижской Богоматери", опубликованный в 1831 году. В это же время начинаются работы по его реставрации.
"Если бы камни собора могли заговорить, то они рассказали бы всю историю Франции"., -написала Виоле ле Дюк.