Miasto Chartres ma znaczenie religijne od czasów starożytnych. Było miejscem ceremonii druidów, które odbywały się wokół studni, odkrytej później pod kryptą katedry.
Kilka lat później w tym samym miejscu stała świątynia gallo-rzymska. Pierwsi chrześcijanie wznieśli tam bazylikę w IV wieku, a św. Bernard poprowadził tam drugą krucjatę w 1146 roku. W późniejszych wiekach Chartres było miejscem koronacji Henryka IV w 1594 r.
Dedykowana Notre-Dame (Matce Boskiej), katedra w Chartres nabrała silnych skojarzeń z kultem Dziewicy. Późniejsze średniowieczne nalegania, że chrześcijaństwo przybyło do Chartres już w I wieku n.e., były związane z lokalnymi legendami skupionymi wokół tego kultu.
Podobno w czasach druidów Chartres było centrum proroczego kultu poświęconego „Dziewicy, która urodzi”, a na dowód tego istniał cudowny posąg. Innymi składnikami legendy były studnia w krypcie katedry, uświęcona szczątkami wrzuconych do niej męczenników, oraz obecność tuniki Dziewicy.
Powieść ta była rozwijana przez wieki, ale szczególny rozkwit przeżywała w późnym średniowieczu i w okresie baroku, kiedy to udało się ją połączyć z wizerunkiem samej katedry.
Jako całość, budynek pochodzi z XIII wieku. Jednak wśród majestatycznych zachowanych fragmentów zachodniego frontu katedry z XII wieku znajduje się stara dzwonnica z bezbłędną iglicą o wysokości 338 stóp, a także Drzwi Królewskie i ich wspaniałe okna.
Ogromny kościół jest dziełem nieznanego mistrza. Zbudowana, aby pomieścić dużą liczbę wiernych, wysoka gotycka katedra posiada naprzemienne cylindryczne i ośmiokątne kolumny, racjonalnie zaprojektowane latające przypory i sklepienia żebrowe, które wznoszą się na wysokość 121 stóp.
W latach 1507-1513 Jean Texier zbudował nową dzwonnicę. Ta mierząca 367 stóp iglica posiada koronkową kamieniarkę w płomiennym stylu późniejszej epoki.
Potem, począwszy od 1514 roku, francuscy mistrzowie renesansu i klasycyzmu wyrzeźbili ekran chóru, który ilustruje życie Marii Panny i Chrystusa.
Wielkie Organy, zajmujące XV-wieczne poddasze, zostały całkowicie odrestaurowane w 1971 roku. Ten neoklasycystyczny, współczesny instrument jest centralnym punktem niedzielnych letnich koncertów.
Katedra w Chartres była jednym z pierwszych obiektów wpisanych na listę światowego dziedzictwa Unesco w 1979 roku. Jest ona uważana za jedno z największych arcydzieł architektury gotyckiej.
Chartres była pierwszą katedrą, która szeroko wykorzystywała latające przypory. W momencie budowy miała najwyższy dach w świecie zachodnim (około 38 metrów).
W przeciwieństwie do większości średniowiecznych katedr, katedra w Chartres została szybko ukończona na jednym planie na początku XIII wieku. W przeciwieństwie do prawie wszystkich innych średniowiecznych katedr, nigdy nie została znacząco przebudowana lub rozbudowana (poza drugą iglicą z XVI wieku). Jej 176 oryginalnych witraży jest najbardziej kompletnym zestawem średniowiecznych witraży na świecie.
Katedra jest uważana za piątą na tym terenie. Miasto Chartres, 50 mil na południowy zachód od Paryża, było jednym z wielkich ośrodków średniowiecznej nauki, na długo przed powstaniem uniwersytetów. W X wieku stało się, i nadal jest, ważnym miejscem pielgrzymek katolików, dzięki pozyskaniu relikwii biblijnej: „welonu”, który miała na sobie Maria podczas narodzin Jezusa.