On considère l'église Notre-Dame comme le plus bel édifice de l'architecture gothique bourguignonne et comme l'un des plus originaux de conception. Commencée en 1230, elle fut achevée en 1250.

Sa construction dans un espace restreint au milieu d'un quartier populaire obligea ses maîtres d'œuvre à réaliser une véritable prouesse technique pour équilibrer les poussées : faute de pouvoir déployer les arcs-boutants, il fallut en diminuer la portée et trouver des solutions hardies pour les équilibrer.

En façade, un double mur, mur-rideau avant l'heure, remplace les contreforts, dissimulant son rôle derrière un riche parti décoratif de trois registres sculptés avec, au-dessus du porche, deux rangs d'arcatures en tiers-point enserrés entre des frises de rinceaux et d'imposantes fausses gargouilles; toutes différentes, elle symbolisent avec une verve étonnante les vices et les vertus humaines avec la verdeur du moyen Age. Mais elles n'en ont que l'esprit car ce sont, pour la plupart des copies refaites au XIXe siècle. 
 
A la Révolution, l'église perdit ses statues et les sculptures des portails. L'intérieur de Notre-Dame surprend par la légèreté de son élévation avec ce vaisseau central étroit qui devient, à la croisée du transept, une véritable cage de lumière. On y sent l'influence des grandes cathédrales du gothique et des églises du Soissonnais dont était native l'épouse du duc Hugues IV de Bourgogne. 

L'automate et l'horloge qui dominent la façade furent ramenés du beffroi de Courtrai par Philippe le Hardi , comme prise de guerre. Ce jacquemart fut doté au cours des siècles d'une femme, Jacqueline et de deux enfants, Jacquelinet et Jacquelinette qui sonnent les demi-heures et les quarts.
Ces témoins haut perchés de la vie dijonnaise, comme la tour-lanterne ajoutée au XIXe siècle se sont fondus à la silhouette primitive de Notre-Dame.

La doyenne des églises de Dijon est certainement la plus familière pour les dijonnais. On la contourne, on la frôle pour aller au marché aujourd'hui comme il y a des siècles. Elle porte aussi à son flanc l'une des plus petites ambassadrices de la vie dijonnaise : une chouette sculptée devenue le fétiche des Dijonnais.