De kathedraal van Reims werd gebouwd op de plek waar de eerdere kerk stond, waarin Clovis I zich in 496 liet dopen en het katholieke geloof aannam.
Nadat de vorige vroeggotische kathedraal was vernield door brand in 1210, begon men op 6 mei 1211 aan de bouw van de kathedraal Notre-Dame, onder leiding van bouwmeester Jean d’Orbais. De bouw was voor het grootste deel voltooid rond 1250.
De Notre-Dame van Reims is een van de zuiverste voorbeelden van een gotische kathedraal, met een middenschip met twee zijbeuken en een groot rozet boven het hoofdportaal dat nog steeds het originele is van in de 13de eeuw.
De kathedraal werd getooid met maar liefst 2303 beelden, waarvan ‘De engel met de glimlach’ in het noordelijke portaal van de westgevel ondertussen het beroemdste is.
In 1223 kroonde aartsbisschop Guillaume Lodewijk XIII in Reims tot koning. Het is niet bekend of de kroning in de voltooide zijbeuk plaatsvond of in de restanten van de oude kerk. Sindsdien werden alle Franse koningen – tot de laatste Bourdonkoning Karel X in 1825 – gekroond in de kathedraal van Reims. Zo werd ook Karel VII er volgens de traditie tot koning gekroond op 17 juli 1429, op aansporing – volgens haar goddelijke opdracht – en in aanwezigheid van Jeanne d’Arc.
In de tegelvloer van de kathedraal prijkte tot 1779 een labyrint. Het kapittel liet het labyrint verwijderen, omdat het rumoer van de daarop spelende kinderen de dienst van de kanunniken verstoorde. De afbeelding van dit labyrint wordt tegenwoordig in Frankrijk gebruikt als grafisch logo om historische monumenten aan te duiden.
Tijdens gevechten tussen de Duitsers en de geallieerden in WO I brandde de Notre-Dame van Reims helemaal uit. Na de oorlog werd de kathedraal volledig gerestaureerd in de jaren 1920 en 1930 en bekostigd met behulp van Amerikaanse mecenassen, onder wie de familie Rockefeller.
In 1974 werden drie nieuwe glasramen, ontworpen door Marc Chagall, ingewijd in de middelste straalkapel van de kathedraal: ‘De boom van Jesse’, ‘De twee testamenten’ en ‘De grote momenten van Reims’.
Sinds 1991 prijkt de Notre-Dame van Reims op de lijst van UNESCO-werelderfgoed.
In 2011 en 2015 kwamen er nog hedendaagse glasramen bij, ontworpen door de Duitse kunstenaar Imi Knoebel. De vensters uit 2015, waarvoor de kunstenaar vergoeding weigerde en die werden geplaatst op kosten van het Duitse ministerie van Buitenlandse Zaken, golden als gebaar van verzoening voor de verwoesting van de kathedraal een eeuw eerder.
