À partir de là, l'édifice ne connaît que quelques modifications qui n'altèrent pas la magnifique cohérence de la création gothique:
- Au XIVe siècle : la salle capitulaire, surmontée de la chapelle Saint-Piat, construite entre 1325 et 1335, reliée un peu plus tard à la cathédrale par un escalier de pierre couvert par une galerie.
- Au XVe siècle : la chapelle Vendôme, construite en 1417 entre deux contreforts de la nef, côté sud.
- Au XVIe siècle, la flèche du clocher nord, œuvre du maître maçon Jehan de Beauce, élevée en remplacement de la flèche en bois détruite par la foudre en 1506. Puis le décor sculpté du tour du chœur, qui joue le double rôle de séparation d'avec l'espace réservé aux chanoines et de leçon d'Histoire sainte destinée aux fidèles. Commencé par le même Jehan de Beauce, il sera achevé au XVIIIe siècle.
Sous la Révolution, le trésor est pillé, la statue romane de la Vierge brûlée, nombre de bas-reliefs mutilés, la toiture de plomb arrachée et fondue.
En 1836, alors que l'on commence à restaurer l'édifice, un incendie détruit l'ancienne charpente de bois. L'architecte Baron exécute un comble en fonte de fer, incombustible, et une couverture de plaques de cuivre qui demeurent aujourd'hui l'une des singularités de la cathédrale chartraine.
Durant la seconde guerre mondiale, les vitraux sont déposés par précaution dès 1939, mais la cathédrale n'a heureusement pas à souffrir des bombardements. Aujourd'hui, huit siècles après sa reconstruction, ce merveilleux symbole de la maîtrise de l'espace et de la lumière des bâtisseurs gothiques dresse toujours sa fière silhouette au-dessus des blés de la Beauce. Après avoir survécu aux ravages des flammes, des intempéries, des conflits de religions, de la Révolution, des guerres, elle doit faire face désormais à un autre fléau, la pollution, qui n'est peut-être pas le moindre des dangers.