มหาวิหารแซ็ง-เดอนีเป็นจุดสำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางสถาปัตยกรรมเพราะเป็นสิ่งก่อสร้างสิ่งแรกที่ส่วนใหญ่ออกแบบและก่อสร้างเป็นแบบกอธิค ทั้งทางทางด้านโครงสร้างและลักษณะของการก่อสร้างเป็นการเปลี่ยนแปลงจากสถาปัตยกรรมโรมาเนสก์ไปเป็นสถาปัตยกรรมกอทิก ก่อนที่คำว่า “กอทิก” จะมาเป็นที่รู้จักกันโดยทั่วไปลักษณะสถาปัตยกรรมนี้เรียกกันว่า “แบบฝรั่งเศส” (The French Style หรือ Opus Francigenum)

แผนผังมหาวิหารในปัจจุบันเป็นผังแบบกางเขนแบบ “บาซิลิกา” คือมีทางเดินกลางที่สูงกว่าทางเดินข้างที่กระหนาบโดยมีหน้าต่างชั้นบนรอบตัวสิ่งก่อสร้าง ทางด้านเหนือมีทางเดินข้างเพื่มอีกหนึ่งทางที่เรียงด้วยชาเปลหรือคูหาสวดมนต์ ด้านหน้าโบสถ์มีประตูทางเข้าสามประตูและมีหน้าต่างกุหลาบเหนือประตู และหอหนึ่งหอทางด้านไต้ ทางด้านตะวันออกบริเวณพิธีที่สร้างเหนือคริพต์มีจรมุข และชาเปลดาวกระจาย (chevette) ที่ประกอบด้วยชาเปลเก้าชาเปลที่กระจายออกจากทางเดินรอบมุข

ราวปี ค.ศ. 1137 อธิการซูว์เฌ (ค.ศ. 1081-ค.ศ. 1155) ผู้เป็นพระสหายและที่ปรึกษาคนสนิทของพระเจ้าหลุยส์ที่ 6 และพระเจ้าหลุยส์ที่ 7 ตัดสินใจสร้างมหาวิหารแซ็ง-เดอนีใหม่ติดกับแอบบีย์ที่เป็นพระราชวังหลวง อธิการซูแฌร์เริ่มจากการก่อสร้างใหม่จากด้านหน้าที่เปลี่ยนจากที่มีประตูเดียวเป็นสามประตูที่มีลักษณะคล้ายประตูชัยเช่นประตูชัยคอนสแตนติน (Triumphal Arch of Constantine) การมีประตูเพิ่มขึ้นก็เป็นการบรรเทาการจราจรเข้าโบสถ์ของผู้คนที่เพิ่มมากขึ้น เหนือด้านหน้าเป็นหน้าต่างกุหลาบซึ่งเป็นด้านที่มักจะเป็นที่ตั้งของหน้าต่างลักษณะนี้ในสถาปัตยกรรมโรมาเนสก์แบบอิตาลี และเป็นที่เชื่อกันว่าเป็นหน้าต่างกุหลาบหน้าต่างแรกที่สร้างในฝรั่งเศสที่กลายมาเป็นลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของสถาปัตยแบบกรรมกอธิคของทางเหนือของฝรั่งเศสต่อมา

เมื่อสร้างด้านหน้าเสร็จใน ค.ศ. 1140 อธิการซูว์เฌก็ย้ายไปสร้างด้านตะวันออกหรือด้านที่เป็นบริเวณพิธีโดยทิ้งทางเดินกลางอย่างคาโรลินเจียนไว้ อธิการซูแฌร์ออกแบบบริเวณร้องเพลงสวดที่อาบด้วยแสงซึ่งช่างก่อสร้างต้องหาวิธีการสร้างแบบใหม่ที่พัฒนามาจากสถาปัตยกรรมโรมาเนสก์เพื่อให้ได้ตามจุดประสงค์ ที่รวมทั้งการสร้างเพดานโค้งแหลม, เพดานสัน, ทางเดินรอบมุขที่มีชาเปลดาวกระจายยื่นออกไป, คอลัมน์หมู่ (Clustered columns) ที่รับแรงกดดันจากสันที่พุ่งมาจากทิศต่าง ๆ ของเพดาน และค้ำยันแบบปีก ที่สามารถทำให้สร้างหน้าต่างชั้นบนที่กว้างใหญ่ขึ้นซึ่งสามารถทำให้รับแสงได้เต็มที่

วิธีการก่อสร้างต่าง ๆ เช่นที่กล่าวมาเป็นการทำครั้งแรก นักประวัติศาสตร์ศิลปะเออร์วิน พานอฟสกี (Erwin Panofsky) อ้างว่าการสร้างมหาวิหารของอธิการซูว์เฌได้รับแรงบันดาลใจในการที่จะสร้างให้เป็นสัญลักษณ์ของเยรูซาเลม แต่จุดประสงค์ที่สูงไปกว่าการสร้างเพื่อความสวยงามก็ยังเป็นที่น่าสงสัยโดยนักประวัติศาสตร์ศิลปะเมื่อไม่นานมานี้ตามหลักฐานจากข้อเขียนของซูว์เฌเอง

โบสถ์หลังใหม่ที่สร้างเสร็จเสกเมื่อวันที่ 11 มิถุนายน ค.ศ. 1144 โดยมีบุคคลสำคัญต่าง ๆ เข้าร่วมในพิธีที่รวมทั้งพระเจ้าหลุยส์ที่ 7[3] ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1231 ทางเดินกลางเก่าก็ได้รับการสร้างใหม่ให้เป็นสถาปัตยกรรมกอทิกแบบเรยองนองท์ และเพิ่มสร้างหน้าต่างกุหลาบอีกสองบานทางด้านเหนือและไต้ของแขนกางเขน[4]

อารามแซ็ง-เดอนีจึงกลายเป็นตัวอย่างของการสร้างอารามหลวงทางตอนเหนือของฝรั่งเศส นอกจากนั้นสถาปัตยกรรมกอทิกของฝรั่งเศสก็ยังเผยแพร่ไปยังอังกฤษโดยการปกครองของราชวงศ์อ็องเชแว็ง และแคว้นอื่น ๆ ในฝรั่งเศส กลุ่มประเทศแผ่นดินต่ำ เยอรมนี สเปน ตอนเหนือของอิตาลี และซิซิลี[5][6]

ลักษณะสำคัญ ๆ อื่น ๆ ของมหาวิหารก็ได้แก่คอลัมน์ที่มีรูปปั้นสองข้างประตูหน้าโบสถ์ที่ถูกทำลายไปแล้วที่สร้างจากภาพวาดของมงท์โฟคอง ผังจากราว ค.ศ. 1700 โดย Félibien แสดงภาพชาเปลพระบรมศพที่เป็นโดมติดกับแขนกางเขนทางด้านเหนือที่เป็นที่ตั้งของพระบรมศพและพระศพของราชวงศ์วาลัว[7] นอกจากนั้นก็มีหน้าต่างประดับกระจกสี และเก้าอี้อิงที่เหลืออยู่สิบสองตัว