Katedral ini mulai dibangun tahun 1163 dibawah pimpinan Uskup Maurice de Sully dan hampir rampung tahun 1260, tetapi masih terus mengalami perubahan selama beberapa abad selanjutnya. Pada tahun 1790-an, Notre-Dame dirusak di tengah Revolusi Prancis; banyak karya seni keagamaan yang rusak atau hancur. Tidak lama setelah novel Victor Hugo, The Hunchback of Notre Dame, terbit tahun 1831, masyarakat mulai tertarik dengan pelestarian katedral ini. Proyek pemugaran besar-besaran dilakukan tahun 1845 di bawah pengawasan Eugène Viollet-le-Duc dan berlangsung selama 25 tahun. Sejak 1963, sisi depan katedral dibersihkan dari kotoran yang sudah mengendap berabad-abad dan dikembalikan sesuai warna aslinya. Aktivitas pembersihan dan pemugaran juga dilakukan tahun 1991–2000.[7]
Pada tanggal 15 April 2019, katedral ini terbakar dan rusak parah. Menara puncak beserta atapnya runtuh.[9] Rekonstruksi katedral dimulai pada tahun 2021. Pemerintah Prancis berharap rekonstruksi dapat diselesaikan pada musim semi 2024, bertepatan dengan pembukaan Olimpiade Musim Panas 2024 di Paris.[10]