В XVII–XVIII веках собор Нотр-Дам подвергался переделкам, и первоначальный облик постройки был искажен. Внутри был снесен амвон и гробницы, оригинальные витражи заменены обычным стеклом. В годы Революции с крыши собора исчезла стрела, а с центрального фасада – статуи иудейских царей. Тогда же были переплавлены все, кроме одного, колокола собора.
Постепенно собор пришел в упадок. Роман Виктора Гюго «Собор Парижской Богоматери» сыграл в судьбе этого здания важную роль, потому что благодаря ему городские власти осознали необходимость реставрации собора. Капитальную реставрацию Нотр-Дам поручили знатоку готического зодчества, архитектору Виолле-ле-Дюку, она длилась почти двадцать лет.
Виоле-ле-Дюк осуществил необходимые работы по укреплению здания, убрал различные добавления, произведенные в XVII и XVIII веках, и восстановил многочисленные исчезнувшие части. Он также возвел шпиль, намного более высокий, чем существовавший первоначально, и прибавил много скульптур, в частности гаргулий на водостоках и химер.
На протяжении многих веков собор Нотр-Дам был центром городской жизни. Здесь заседал парижский парламент, разыгрывались мистерии, заключались торговые сделки, нищие и бездомные находили в соборе приют, а богатые горожане, отправляясь в дальнее путешествие, сдавали сюда на хранение свои ценности. В соборе совершались обряды крещения, бракосочетания и отпевания, праздновались военные победы. В соборе Нотр-Дам прошли коронации английского короля Генриха IV и императора Наполеона.
Внутри собор поражает своими размерами (длина 130 метров, ширина 48 метров, высота 35 метров) и лесом мощных, возносящихся вверх колонн. У столбов при входе в хор (алтарь) слева находятся статуя св. Дионисия работы Кусту а справа – статуя Мадонны с Младенцем XIV в. Алтарную преграду с обеих сторон украшают барельефы XIV века. В хоре находятся «Оплакивание Христа» статуя Людовика XIII работы Кусту и статуя Людовика XIV, созданная Куазево. Двойной кольцевой обход хора окружен венцом капелл, в которых сохранились надгробные памятники.
Просторная площадь перед Нотр-Дам, расширенная в XIX веке раскрыла фасад собора, до того времени зажатый домами.
Главный фасад собора поражает гармоничной соразмерностью обеих его башен и обеих его галерей. Центральный круглый витраж диаметром почти 10 метров – это символ божественной бесконечности, вписанный в квадрат, символ земного мира. Он представляет собой утонченное напоминание о тайне «Бога, ставшего человеком». Неф длиной 110 метров и высотой 33 метров потрясает грандиозными размерами и ритмичностью своих опор.
На левом портале можно видеть историю Богоматери, а на центральном – Страшный суд. На правом портале Святой Анны вделан тимпан с изображением Богоматери на престоле, который датируется примерно 1140 годом. Галерея аркатуры, что расположена над порталами, включает 28 фигур царей Иудейских, предков Христа.