การก่อสร้างเป็นแบบกอทิก นับเป็นมหาวิหารแรกที่สร้างในลักษณะนี้
และการก่อสร้างก็ทำต่อเนื่องมาตลอดสมัยกอทิก ประติมากรรม และหน้าต่างประดับ
กระจกสี (stained glass) มีอิทธิพลจากศิลปะแบบแนทเชอราลลิสม์
ทำให้แตกต่างจากศิลปะโรมาเนสก์ที่สร้างก่อนหน้านั้น
น็อทร์-ดามเป็นหนึ่งในบรรดาสิ่งก่อสร้างแรกที่ใช้ "ครีบยันลอย" ตามแบบเดิมไม่ได้บ่งถึงกำแพงค้ำยันรอบมหาวิหาร "บริเวณร้องเพลงสวด" หรือ รอบบริเวณกลางโบสถ์ เมื่อ
เริ่มสร้างกำแพงโบสถ์สูงขึ้นกำแพงก็เริ่มร้าวเพราะน้ำหนักของสิ่งก่อสร้าง
เพราะสถาปนิกสมัยกอทิกจะเน้นการสร้างสิ่งก่อสร้างที่สูง บาง และโปร่ง
เมื่อสร้างสูงขึ้นไปกำแพงก็ไม่สามารถรับน้ำหนักและความกดดันของกำแพงและ
หลังคาได้ทำให้กำแพงโก่งออกไปและร้าว สถาปนิกจึงใช้วิธีแก้ด้วยการเติม
"กำแพงค้ำยัน" ที่กางออกไปคล้ายปีกนกด้านนอกตัววัด
เพื่อให้กำแพงค้ำยันนี้หนุนหรือค้ำกำแพงตัวโบสถ์เอาไว้
เมื่อทำไปแล้วนอกจากจะมีประโยชน์ทางการใช้สอยแล้วยังกลายเป็นเครื่องตกแต่ง
ที่ทำให้สิ่งก่อสร้างความสวยงามขึ้น
ฉะนั้นวิธีแก้ปัญหานี้จึงกลายเป็นเอกลักษณ์ส่วนหนึ่งของโบสถ์ที่สร้างแบบก
อทิกไปในตัว
ราวปี ค.ศ. 1790
ระหว่างการปฏิวัติฝรั่งเศส โบสถ์ก็ได้รับความเสียหายอย่างหนัก
ประติมากรรมและศิลปะทางศาสนาถูกทำลายไปมาก
มหาวิหารได้รับการบูรณปฏิสังขรณ์ครั้งใหญ่ระหว่างคริสต์ศตวรรษที่ 19
จนมีสภาพเหมือนก่อนหน้าที่ถูกทำลาย
การก่อสร้าง
เมื่อปี ค.ศ. 1160 บิชอปมอริส เดอ ซูว์ยี (Maurice de Sully)
ได้รับแต่งตั้งให้เป็นบิชอปแห่งปารีส ท่านเห็นว่าโบสถ์ที่ตั้งอยู่เดิมไม่สม
ฐานะ จึงสั่งให้รื้อทิ้งไม่นานหลังจากที่ท่านได้รับตำแหน่งใหม่
ตามตำนานว่ากันว่าบิชอปเห็นภาพลักษณ์ของมหาวิหารแห่งปารีสอันสวยงาม
ท่านจึงรีบร่างแบบที่เห็นไว้บนทรายนอกโบสถ์เดิม
ก่อนจะสร้างวิหารใหม่ก็ต้องรื้อบ้านเรือนบริเวณนั้นออกไปหลายหลัง
และต้องสร้างถนนใหม่เพื่อจะได้สะดวกต่อการขนวัสดุก่อสร้างได้สะดวก
มหาวิหารเริ่มสร้างเมื่อปี ค.ศ. 1163 ระหว่างรัชสมัยของพระเจ้าหลุยส์ที่
7 ส่วนที่จะว่าใครเป็นผู้วางศิลาฤกษ์นั้นไม่แน่
บางหลักฐานก็ว่าบิชอปซุลยีเอง
บางหลักฐานก็ว่าสมเด็จพระสันตะปาปาอเล็กซานเดอร์ที่ 3 เป็นผู้วาง
แต่ที่แน่คือทั้งคนเข้าร่วมพิธีวางศิลาฤกษ์
ตั้งแต่นั้นมาบิชอปซุลยีก็อุทิศชีวิตให้กับการสร้างมหาวิหารนี้
เริ่มการก่อสร้างทางด้านหน้าหรือด้านตะวันตก (west front) ซึ่งมีหอคอยสองหอ
เมื่อราวปี ค.ศ. 1200 ก่อนที่จะสร้างโถงกลางของตัวโบสถ์เสร็จ
ซึ่งไม่ตรงกับหลักการสร้างสิ่งก่อสร้างตามแบบฉบับ
โบสถ์นี้มีสถาปนิกหลายคนที่มีส่วนในการก่อสร้าง
จะเห็นได้จากความเปลี่ยนแปลงของรูปทรงไปตามสมัยนิยมของสถาปนิก
เป็นต้นว่าหอสองหอทางด้านตะวันตกจะไม่เท่ากัน
ระหว่างปี ค.ศ. 1210 ค.ศ. 1220
สถาปนิกคนที่สี่เป็นผู้ดุแลการสร้างระดับหน้าต่างกลมและโถงภายใต้หอ
หอสร้างเสร็จเมื่อปี ค.ศ. 1245 และมหาวิหารเมื่อปี ค.ศ. 1345