Dès le XIIe siècle, les architectes conçoivent la statuaire de la Cathédrale, en même temps que l’édifice lui-même. Elle est située principalement à l’extérieur, sur les portails. Elle est conçue sur un mode narratif. Chaque partie raconte une histoire de la bible.
De nombreuses statues ont disparues au fil du temps, dégradées par les intempéries ou détruites en période de troubles politiques. Lors des restaurations du XIXe siècle, certaines sont refaites dans le style gothique principalement sur la façade occidentale. Des traces de peintures retrouvées sur quelques statues du XIIIe siècle prouvent que la statuaire intérieure et extérieure est colorée au Moyen Age.
Il reste peu de statues médiévales à l’intérieur de la cathédrale. Néanmoins, la plus emblématique est une Vierge à l’enfant du XIVe siècle, provenant de chapelle Saint-Aignan située dans l’ancien Cloître des Chanoines sur l’Île de la Cité et transférée à Notre-Dame en 1818. Le tour de chœur représente un programme sculpté partiellement conservé.
Au XVIIIe siècle, à la suite du vœu de Louis XIII, un remaniement du chœur de la cathédrale a lieu. L’ajout de nombreux éléments sculptés, dont l’imposante Pieta de marbre blanc, marquent une des nombreuses évolutions de la cathédrale.
Les chapelles latérales se remplissent d’autels, tombeaux et décors au cours des siècles. Toutefois, le plus représentatif est le mausolée du comte d’Harcourt par Jean Baptiste Pigalle.
Lorsqu’au XIXe siècle, Viollet-le-Duc dirige les travaux de restauration, le style gothique domine sur la façade occidentale. Il ajoute sur l’édifice des créations imaginaires. Ainsi apparaissent la nouvelle flèche et ses douze statues d’apôtres ou bien des chimères en bordure de terrasse.
Certaines statues relèvent de vénérations particulières comme sainte Thérèse de Lisieux ou sainte Jeanne d’Arc.
