Si l’essentiel de ce qui est visible aujourd’hui à la cathédrale de Chartres date du premier tiers du XIIIe siècle, il faut deviner, par-delà cette architecture gothique, les différentes étapes qui, de l’antiquité à nos jours, se sont superposées au cours d’une histoire chargée d’événements.
Des restes gallo-romains sous la cathédrale témoignent de la vitalité chartraine dans l’Antiquité tardive. Pour ce qui est de l’origine chrétienne, on a conservé la trace écrite de la présence d’un évêque à Chartres depuis 343 : un premier édifice rassemblait autour de lui les chrétiens chartrains au IVe siècle, ce qui montre à quel point le christianisme était déjà bien implanté en cette région. Cette cathédrale est remplacée par une construction mérovingienne, elle-même détruite en 743 par le duc d’Aquitaine. L’histoire à partir de là va se répéter cruellement : la cathédrale reconstruite est détruite en 857 lors d’incursions vikings. Une dizaine d’années plus tard, en 876, intervient un événement majeur, qui détermine l’histoire de la cathédrale : le don par Charles le Chauve de la relique du voile de la Vierge. Fort de ce précieux cadeau, on restaure l’édifice. Nouveau siège par les Normands et leur chef Rollon en 911. Nouvel incendie en 962, puis en 1020. De tous ces édifices, les traces archéologiques sont complexes à analyser : un hémicycle de plan centré, situé sous l’abside actuelle de la cathédrale, dit caveau de saint Lubin, a pu être interprété par certains comme l’ancien lieu de culte carolingien.
Au XIe siècle la série noire semble terminée. La ville s’agrandit. La prospérité revient. Des ateliers de tanneries, des fouleries s’installent dans les faubourgs. Le blé de la Beauce a un bon rendement. L’évêque Fulbert, théologien et philosophe de renom, en qui on voit un nouveau Socrate, donne l’impulsion du renouveau. Il fait élever une nouvelle cathédrale après l’incendie de 1020. Elle a des dimensions extraordinaires pour l’époque : la même largeur que l’actuelle. Fulbert a le souci de donner à Chartres une cathédrale digne du pèlerinage à qui il confère une ampleur nouvelle. Les travaux sont menés avec rapidité : en 1028, année de la mort de Fulbert, la cathédrale est très avancée. Elle est terminée en 1037 par Thierry, son successeur.
Fulbert a une grande dévotion pour la Vierge. Pour soutenir la dévotion des fidèles, il fait sculpter une statue de Marie, en bois de poirier sombre (d’où l’appellation de « Vierge noire »), et la dispose dans la crypte. C’est le moment où se multiplient dans les sanctuaires mariaux ces magnifiques Vierges en majesté, statues reliquaires offertes à la prière des foules. Cette madone, détruite à la Révolution, va devenir l’emblème de Chartres. Par la suite, vitraux et sculptures démultiplieront son image dans la cathédrale.
Une école de théologie et de philosophie se développe autour des chanoines de la cathédrale. Des penseurs de renom assurent la gloire de Chartres. Ils ont nom Bernard ou Thierry. Ils connaissent Platon et la philosophie grecque : ce sont des humanistes. Le culte de la Vierge ne cesse de grandir : le pèlerinage prend de l’ampleur. De brillants évêques comme Jean de Salisbury et Pierre de Celle contribuent à maintenir Chartres au rang des capitales de la pensée.