On reconnaît facilement la cathédrale Notre-Dame de Chartres du fait de la grande différence entre ses deux tours : la tour nord a une base de type gothique primitif (avec contrefort épais et ouverture réduite), surmontée d'une flèche flamboyante plus tardive (datée du XVIe siècle) ; en revanche, la tour sud, dotée d'une base plus typiquement gothique, est surmontée d'une flèche très simple. Cette flèche a fait l'objet de très nombreux commentaires d'artistes et écrivains ('unique au monde' disait d'elle Charles Péguy) tellement l'impression de 'jaillissement' est frappante.
La façade occidentale constitue la porte d'entrée principale de l'édifice religieux. Encadrée par deux tours, elle présente un programme sculpté important : 24 grandes statues (il en reste 19 aujourd'hui) et plus de 300 figures forment un décor en harmonie avec l'architecture de la cathédrale. Le décor derrière les statues représente les derniers feux du style roman : entrelacs, colonnettes, feuilles d'acanthe témoignent des influences méridionales.
Le portail nord est aussi appelé "portail de l'Alliance". Ses statues ont été exécutées entre 1205 et 1210. Elles représentent des scènes de l'Ancien Testament et de la vie de la vierge Marie. Les voussures de la baie centrale évoquent les épisodes de la Genèse. La baie de droite reprend le thème des travaux et des jours.
Le portail sud est consacré à l'Église, depuis les apôtres (baie centrale) jusqu'aux confesseurs (baie de droite) et aux martyrs (baie de gauche). Sa datation est proche de celle du portail nord, peut-être légèrement antérieure.
Sur le trumeau de la baie centrale, on trouve un Christ 'enseignant' et au tympan une figuration du jugement dernier.
La cathédrale Notre-Dame de Chartres est, depuis son édification, un haut lieu de pèlerinage pour les catholiques français (et avant tout un pèlerinage marial - ce qui explique notamment l'ampleur du déambulatoire, permettant la circulation des fidèles autour du chœur. Au cours du XXe siècle, les pèlerinages à Chartres ont connu un nouvel élan, à la suite de l'écrivain Charles Péguy qui se rendit à pied de Paris à Chartres en 1912, accomplissant un vœu fait au chevet de son fils malade. Après la mort de Péguy en 1914, certains de ses amis refirent la route en méditant ses poèmes, initiant un vaste mouvement de pèlerinages à Chartres, parmi lesquels :
Chartres est également une étape importante pour les pèlerins qui viennent du nord de l'Europe et qui font route vers Saint-Jacques-de-Compostelle, en empruntant la route de Paris à Tours.