Au début du XIIe siècle, le chapitre, Paris devenu plus puissante, ne veut plus se contenter d'une basilique. Des travaux d'embellissement sont donc réalisés. Mais la véritable transformation n'intervient qu'avec le retour en force du pouvoir épiscopal. Les cathédrales de Saint Denis et de Sens inaugurent le début d'un mouvement de reconstruction qui touche Paris. L'évêque de Sully change l'administration de Paris et entreprend la construction de la nouvelle cathédrale dès 1161. Les travaux avancent rapidement. La consécration du chevet à lieu en 1182. Le choeur est réaménagé plusieurs fois, notamment par Louis XIII. Tous ces travaux d'aménagement disparaissent avec la Révolution. Notre-Dame de Paris a ensuite bénéficié d'une restauration de très bonne qualité, effectué par Viollet-le-Duc.

A noter aujourd’hui, sur le parvis l'étoile de bronze marquant le point du kilomètre zéro à partir duquel sont mesurées toutes les distances exprimées au départ de Paris ou de France, Notre-Dame étant considérée comme de la France.