El edificio es de planta cruciforme con el cuerpo principal de 28 metros, se encuentra dividido en tres naves con crucero y coro con girola doble, muy parecida la distribución a Saint Denis. La cabecera, situada al este tiene un deambulatorio radial con cinco capillas semicirculares. Encima de las naves laterales hay una estrecha galería que permite el paso de una sola persona. La escasa altura (bóveda 36 m.) permite abrir grandes ventanales y rosetones en cada tramo de la nave.

La construcción de las naves se encuentra sobre distintos niveles, la central un poco más alta que las colaterales. La catedral no dispone de tribuna quedando solamente tres niveles en el alzado de la nave: arcadas, triforio y ventanales.

Chartres es una de las pocas catedrales góticas francesas que conservan el conjunto de vidrieras originales, destaca el color azul, especialmente famoso es la llamada Ventana de la Virgen Azul ( Notre Dame de la Belle Verrière ), de principios del siglo XIII que representa a la Virgen con el Niño, también Le Fils Prodigue, L'arbre de Jessé, la Passion et la résurrection, l'Enfance du Christ, Saint Jean L'Évangéliste. De los 186 vitrales originales se conservan 152, la mayoría fueron instalados durante el siglo XIII, a excepción de doce que fueron reconstruidos en el siglo XVIII.

La fachada principal es la consecuencia de numerosos incendios y destrucciones, El frontispicio se divide en varios portales: El pórtico, llamado Pórtico Real se construyó para la anterior catedral románica y tiene forma de embudo. Esta decorado por altas figuras de reyes y personajes del Antiguo Testamento. Los frisos están decorados con escenas de la vida de la Virgen con San Joaquín y Santa Ana enfrentándose a la infertilidad. El tímpano está decorado con una escena del Juicio Final con Cristo triunfante rodeado por los símbolos de los evangelistas. La actitud de Cristo se encuentra alzando su mano derecha y sujetando Libro de la Vida. Sobre las arquivoltas se representan los ángeles y a los veinticuatro patriarcas del Apocalipsis; el pórtico izquierdo, está dedicado a la ascensión de Cristo, se representa a Cristo en una nube sostenido por dos ángeles, en las dos arquivoltas muestran los símbolos del zodiaco y labores relativas a los doce meses del año; el pórtico derecho, se representa la pureza de la Virgen María y su alegría como madre de Cristo, sobre el friso superior la figuras muestran la Presentación en el Templo, con la Virgen, Simeón. Sobre las dos arquivoltas se representan los ángeles, en la interior, y las siete artes liberales, en la exterior.

La fachada norte se encuentra dividida en tres portales, en el centro, el portal que representa la Glorificación de la Virgen, también se conoce con el nombre de la Puerta de la Creación. En la parte superior del porche encontramos a Cristo rodeado de ángeles. En el centro la Virgen es representada como reina de los Cielos a la derecha de Cristo. A la derecha, el portal de Job y de Salomón, sobre el dintel se representa el Juicio de Salomón con escenas de la Biblia, en las arquivoltas representan a Sansón, Gedeón, Esther y Judith, sobre el tímpano se representa la serenidad de Job ante la adversidad. A la izquierda, la puerta de la Natividad donde en el arco superior se representa el Poder espiritual mediante el obispo y el Poder temporal mediante dos reyes sentados en sus nichos. Sobre el arco del porche se revela el patrón de vida, en el exterior, 14 figuras representa las buenaventuras del alma, en el exterior, 12 figuras representan el trabajo de la mujer basado en la vida de la Virgen. En la bóveda, los trabajos del hombre a través de un zapatero y un monje. En el interior, a la izquierda las estatuas de la Anunciación en los tres pilares de origen, "el pecado" original, a la izquierda, se representa con estatuas de la Visitación. Sobre el tímpano, la escena de la Natividad. La Adoración de los Reyes Magos, que vienen de todo el mundo, representa la búsqueda de iniciación arrepentido del Bautismo para ser purificado. En dintel, se representa la naturaleza humana de Cristo. A la izquierda, se muestra la Natividad de la Virgen situada en la parte superior de la misma: el Niño Jesús. A la derecha, José y el Anuncio a los pastores. Un perro y una cabra.

La fachada sur fue financiada su construcción gracias al regalo del conde Pierre Mauclerc y tiene el titulo de la Nueva Alianza, se encuentra dividido en tres portales: en el portal central: Los apóstoles se agrupan en el centro acompañando a Cristo, se representan las estatuas de San Pedro, San Andrés, San Felipe, San Tomas, San Simón, San Judas, San Pablo, San Juan, Santiago el Mayor, San Francisco, San Bartolomé, San Matero, En el tímpano se representa a Cristo, sentado sobre una silla actuando de juez supremo. En el dintel vemos a San Miguel Arcángel, cerca esta la figura un diablo peludo, una figura horrible y vulgar.

El portal izquierdo está dedicado a los mártires de la Iglesia, en la parte central del tímpano, se cuenta el martirio que sufrió San Esteban. En las cuatro arquivoltas destacan las figuras de San Jorge y San Teodoro.

El portal derecho se le da el titulo “Portal de los Confesores”. Estos personajes que muestra dan testimonio de su vida y su obra ante Dios. Los dos portales de los extremos veneran a Dios que celebra el Juicio Final según se narra en el portal central.

Las medidas de la catedral confieren la trascendencia de la arquitectura religiosa y la verdadera magnitud de la dificultad que supuso en la época la construcción de la Catedral de Chartres, con 130 metros de largo y desde 32 a 46 metros de ancho. La superficie construida es de 10.875 metros cuadrados; la altura de la torre sudoeste es de 105 metros; la altura de la Torre noroeste es de 113 metros.