Notre-Dame de Senlis fut édifiée à partir de 1151 sur l’emplacement de sanctuaires plus anciens, sous l’impulsion de l'évêque Pierre (1134-1151). Les moteurs principaux de cette entreprise sont la présence fréquente des rois ainsi que la personnalité très forte de l’évêque. Le financement de la construction fut essentiellement le fait des évêques pourtant financièrement moins bien lotis que les autres évêques de la région, étant donnés la taille réduite et donc les revenus modestes du diocèse. C’est ce qui explique la petite taille du sanctuaire. La participation du roi et du chapitre des chanoines fut à peu près inexistante.
La construction démarra simultanément aux deux extrémités est et ouest de l’édifice. En 1160, le portail central de la façade occidentale était déjà réalisé. En 1167, la cathédrale possédait déjà son chœur et sa façade occidentale et en 1175, la nef était raccordée au chœur. Aux environs de 1180, la cathédrale voûtée était quasi terminée sauf les transepts. Elle fut consacrée le 16 juin 1191 par l’archevêque de Reims Guillaume aux Blanches Mains. Sa construction avait ainsi duré quarante ans ; mais elle était dépourvue de transept.
La cathédrale fut fortement modifiée au XIIIème siècle : vers 1240, on prolongea la tour sud d’une remarquable flèche à deux étages, superbe joyau de la cathédrale, et l’on interrompit la perspective intérieure en perçant un transept qui laissa la nef plus courte que le chœur.
À la fin du XIVème siècle, on construisit la salle capitulaire et aux environs de 1465 eut lieu celle de la chapelle du Bailli.
En 1504, un incendie, provoqué par la foudre, détruisit la charpente et entraîna l’effondrement des voûtes, à l’exception de celle de la première travée. Grâce aux donations des rois Louis XII et François Ier, on reconstruisit les parties hautes de la cathédrale en les surélevant de 6 mètres, on doubla les bas-côtés de la nef et l’on para les façades latérales d’un décor flamboyant très riche. La restauration débuta en 1506 et dura jusqu’en 1515.
En 1520, on commença l’édification de la façade du transept sud. Son superbe portail fut construit par Martin Chambiges puis par son fils Pierre et date de 1538, le portail nord est de 1560. Les chapelles orientales datent de la même époque.
En 1671 eut lieu l’édification de la chapelle du Sacré-Cœur sur l’ancien mur gallo-romain.
En 1777 le chœur reçut un décor néo-classique que l’on retrouve encore aujourd’hui.
La Révolution française fit disparaître le mobilier et détruisit les têtes de statues-colonnes du portail occidental, remplacées au milieu du xixe siècle.
En 1986, on termina la restauration de l’intérieur et en 1993 celle de la flèche.
