در محلی که هم‌اکنون این کلیسا قرار دارد تا قبل از قرن چهارم میلادی معبدی غیر مسیحی وجود داشته‌است. در قرن چهارم کلیسایی بزرگ جای آن معبد را گرفت. این ساختمان تا قرن دوازدهم بر جای بود ولی در آن زمان جمعیت پاریس به‌طور ناگهانی بالا رفت و تصمیم گرفته شد تا کلیسا را بزرگ گردانند. بدین ترتیب ساختمان قبلی را خراب کرده و در سال ۱۱۶۳ میلادی ساختمان جدید شروع شد که ساختن آن تقریباً دو قرن طول کشید و در ۱۳۴۵میلادی به پایان رسید. این کلیسا تا مدتی طولانی بزرگترین کلیسای اروپا بود ولی هم‌اکنون نه تنها در اروپا بلکه در فرانسه کلیساهای بزرگتر از آن وجود دارند. اهمیت آن در این است که زیباترین اثر در معماری گوتیک می‌باشد. برای تزیین داخل و خارج آن صدها مجسمه کوچک و بزرگ از سنگ یا چوب تراشیده‌اند. این کلیسا چند بار در طول تاریخ مورد مرمت و بازسازی قرار گرفته است؛ از جمله در ۱۸۴۱ (میلادی) توسط دو معمار ماهر اوژن ویوله لودوک و ژان باتیست لاسو.
در بالای در اصلی و در ارتفاع بیست متری، بیست و هشت مجسمه سنگی سه و نیم متری نصب شده‌اند که پادشاهانی را نشان می‌دهند که قبل از ظهور عیسی بر اسرائیل حکومت رانده‌اند.
برج‌های کلیسا هر کدام ۶۹ متر بلندی داشته و برای رسیدن به بالای آن باید ۳۸۰ پله را بالا رفت (آسانسور هم هست). بلندی فلش (مناره) این کلیسا ۹۶ متر می‌باشد؛ و بلندترین نقطه زیر سقف آن ۴۳ متر از سطح زمین ارتفاع دارد. طول و عرض ساختمان به ترتیب، ۱۳۰ متر و ۴۸ متر می‌باشند. سقف آن بر روی ۷۵ ستون بنا شده و ساختمان ۱۱۳ پنجره دارد.
کلیسای نوتردام پاریس در ۱۵ آوریل ۲۰۱۹ (۲۶ فروردین ۱۳۹۸) دچار آتش‌سوزی جدی شد. با توجه به اهمیت تاریخی این کلیسا، این حادثه باعث واکنش‌هایی در سراسر جهان شد. این آتش در ساعت ۱۸:۵۰ رخ داد. با وجود اینکه علت این حادثه هنوز مشخص نشده‌است اما احتمالاً اینکه این آتش‌سوزی به بازسازی کلیسا مربوط بوده باشد، وجود دارد. فعلاً هیچ کشته یا مجروحی در این حادثه گزارش نشده‌است. در این حادثه برج و سقف کلیسای نوتردام فرو ریخت و آسیب جدی به قسمت‌های داخلی کلیسا و تزئینات آن وارد شد.
کلیسای نتردام از محبوبترین نقاط گردشگری در فرانسه بود که سالانه بیش از ۱۳ میلیون بازدید کننده داشت. این کلیسا تا مدتی طولانی بزرگترین کلیسای اروپا بوده‌است. اهمیت این بنای تاریخی در این است که به عنوان زیباترین اثر در معماری گوتیک شناخته می‌شود که برای تزیین داخل و خارج آن صدها مجسمه کوچک و بزرگ از سنگ یا چوب تراشیده‌اند.
یکی از علل شهرت نوتردام، مجسمه‌های بیرونی و ناودان‌های آن است که به شکل موجودات عجیب و غریب ساخته شده‌اند. سرِ در ورودی استوار و محکم نوتردام با تندیس‌های سنگی بسیار زیادی تزئین شده که تمرکزشان بیشتر در درب مرکزی است که داوری روی قیامت را به تصویر کشیده‌اند.
