เมื่อปี ค.ศ. 1160 บิชอปมอริส เดอ ซูว์ลี (Maurice de Sully) ได้รับแต่งตั้งให้เป็นบิชอปแห่งปารีส ท่านเห็นว่าโบสถ์ที่ตั้งอยู่เดิมไม่สมฐานะ จึงสั่งให้รื้อทิ้งไม่นานหลังจากที่ท่านได้รับตำแหน่งใหม่ ตามตำนานว่ากันว่าบิชอปเห็นภาพลักษณ์ของอาสนวิหารแห่งปารีสอันสวยงาม ท่านจึงรีบร่างแบบที่เห็นไว้บนทรายนอกโบสถ์เดิม ก่อนจะสร้างวิหารใหม่ก็ต้องรื้อบ้านเรือนบริเวณนั้นออกไปหลายหลัง และต้องสร้างถนนใหม่เพื่อจะได้สะดวกต่อการขนวัสดุก่อสร้างได้สะดวก

อาสนวิหารเริ่มสร้างเมื่อปี ค.ศ. 1163 ระหว่างรัชสมัยของพระเจ้าหลุยส์ที่ 7 ส่วนผู้วางศิลาฤกษ์นั้นไม่แน่ชัด บางหลักฐานก็ว่าบิชอปซุลยีเอง บางหลักฐานก็ว่าสมเด็จพระสันตะปาปาอเล็กซานเดอร์ที่ 3 เป็นผู้วาง แต่ที่แน่คือทั้งสองคนเข้าร่วมพิธีวางศิลาฤกษ์ และตั้งแต่นั้นมาบิชอปซุลยีก็อุทิศชีวิตให้กับการสร้างอาสนวิหารนี้

เริ่มการก่อสร้างทางด้านหน้าหรือด้านตะวันตก (west front) ซึ่งมีหอคอยสองหอ เมื่อราวปี ค.ศ. 1200 ก่อนที่จะสร้างโถงกลางของตัวโบสถ์เสร็จ ซึ่งไม่ตรงกับหลักการสร้างสิ่งก่อสร้างตามแบบฉบับ โบสถ์นี้มีสถาปนิกหลายคนที่มีส่วนในการก่อสร้าง จะเห็นได้จากความเปลี่ยนแปลงของรูปทรงไปตามสมัยนิยมของสถาปนิก เป็นต้นว่าหอสองหอทางด้านตะวันตกจะไม่เท่ากัน

ระหว่างปี ค.ศ. 1210 ค.ศ. 1220 สถาปนิกคนที่สี่เป็นผู้ดูแลการสร้างระดับหน้าต่างกลมและโถงภายใต้หอ หอสร้างเสร็จเมื่อปี ค.ศ. 1245 และอาสนวิหารสร้างเสร็จเมื่อปี ค.ศ. 1345