Епископ Парижский долго добивался от властей решения построить новый собор; о том же мечтал аббат Сюжер, который за год до собственной смерти, в 1150 году, передал строящемуся храму витражи (витражное окно с изображением Девы Марии случайно разбили в 1731 году). Решение построить собор имело и политическую подоплеку: Париж продолжал соперничать с Римом, и парижане не могли проигрывать в архитектуре. Чтобы Париж воспринимали как религиозную столицу, ему нужен был новый собор.
За два года до рождения Филиппа-Августа, в 1163 году, на глазах крестьянского сына Сюлли, рожденного в долине Луары и ставшего епископом Парижским, в фундамент собора Нотр-Дам были заложены первые камни.
Сюлли не только осуществлял надзор за стройкой, посещая ее ежедневно, но и из собственного кармана финансировал часть работ, тратил ренту, полученную от владений, разбросанных вокруг Парижа. Первым делом следовало разобрать развалины церкви Сен-Этьен, построенной еще при Меровингах, и прилегавшего к ней рынка. В 1180 году работы по расчистке территории и строительству начались и наконец появились очертания трансепта.
Строители планировали возвести собор, который «станет над водами словно огромный и величественный корабль». Внимательный взгляд заметит, что храм определенно возведен в парижском стиле, с акцентом на детали декора, а не на целостную монументальность образа (парижские мастера особенно гордились своим умением обрабатывать камень). В этом лее стиле сооружены расположенные неподалеку храмы Сен-Дени и Сенли.
Камень для строительства доставляли из Вожирара и Монружа. Для того чтобы обеспечить пути подвоза строительных материалов с берегов Сены, в лабиринте острова Ситэ проложили новые улицы. Лишь через 10 лет Сюлли увидел алтарь, а сам собор строили два века, но с самого начала стройки жизнь на площади, на Паперти Нотр-Дам, и по сей день считающейся центром Франции, била ключом.
Условия этой жизни были грубы и жестоки. Окрестности кишели проститутками, нищими и ворами, здесь часто вспыхивали эпидемии. Сена несла холеру, и болезнь частенько наведывалась в город, а запах мертвых тел разносился на десятки километров вверх по реке. Сюлли, вопреки бедствиям, гордился своим достижением. В 1180 году сюда стеклись толпы, чтобы поглазеть на крестины Филиппа-Августа.
Нотр-Дам-де-Пари изменил Париж. Собор был самым высоким зданием, когда-либо возведенным в Париже, слава о нем быстро разнеслась по всей Европе. Парижане получили возможность подняться на галерею и впервые разглядеть свой город во всех деталях.
Один из сюжетов, развернутых в романе Гюго «Собор Парижской Богоматери», затрагивает мистическую ауру, присущую собору. В 1830-х годах к работам над собором привлекли архитектора Эжена Эммануэля Виолле-лё-Дюка. Под присмотром специально образованной комиссии, в которой состоял и Виктор Гюго, архитектор завершил реконструкцию к 1846 году. Несколько лет проект реконструкции критиковали за излишнее копирование средневекового готического стиля.
Идея организовать действие вокруг собора Парижской Богоматери отражала увлечение того старинной архитектурой и его деятельность в защиту памятников Средневековья.
Особенно часто Гюго посещал собор в 1828 году во время прогулок по старому Парижу со своими друзьями — писателем Нодье, скульптором Давидом д'Анже, художником Делакруа. Он познакомился с первым викарием собора аббатом Эгже, автором мистических сочинений, впоследствии признанных официальной церковью еретическими, и тот помог ему понять архитектурную символику здания. Колоритная фигура аббата Эгже послужила писателю прототипом для злодея-архидьякона Клода Фролло. В это же время Гюго штудирует исторические сочинения — «История и исследование древностей города Парижа» Соваля (1654), «Обозрение древностей Парижа» Дю Бреля (1612), средневековые «Хроники» Пьера Матье и многие другие. Ни одно из имен второстепенных действующих лиц, в том числе Пьера Гренгуара, не придумано Гюго, все они взяты из старинных источников.
Гюго занимала старинная легенда о том, что архитектура храма является примером воплощения сакральной геометрии. Молва утверждала, что окна, двери, главные входы и характер постройки в целом — это аллегорическая проекция тайн древней науки, которую иногда называют духовной алхимией или герметической философией.
Воплощением зла в романе Гюго является священник Клод Фролло, попытавшийся разгадать тайну центральной части собора — символического портала. Здесь Фролло «даже поставил свою душу на карту ради того, чтобы принять участие в мистической трапезе алхимиков, астрологов и герметиков за столом, во главе которого в Средние века стояли Аверроэс, Гильом Парижский и Никола Фламель, а с другого края — затерявшиеся на Востоке и освещенные семисвечником Соломон, Пифагор и Зороастр».