Từ khoảng thế kỉ 3 (thời Hạ đế chế) đã tồn tại một nghĩa địa của người Gaule và La Mã ở Saint-Denis. Đến thế kỉ 4, lăng mộ đầu tiên được xây dựng tại đây. Một thế kỉ sau đó, Thánh Geneviève đã mua lại phần đất xung quanh nghĩa địa và cho xây dựng một nhà thờ đầu tiên. Nhà thờ này đã phát triển nhanh chóng thành hai dưới thời trị vì của dòng họ Mérovingien, đặc biệt là dưới thời vua Dagobert I.

Khoảng năm 630, thi hài của Thánh Denis (tổng giám mục đầu tiên của Paris và cũng là Thánh bổn mạng của thành phố này) được chôn cất tại đây cùng linh mục Rustique và trợ tế Eleuthère. Năm 750 Pépin Lùn (Pépin le Bref) cho xây dựng tiếp một gian chính điện nữa tại nhà thờ. Dưới thời trị vì của dòng họ Carolingien, nhà thờ được mở rộng thành một Thánh đường kiểu basilique với 3 gian và một cánh ngang lồi ra. Từ năm 1135 đến khoảng năm 1144, cha xứ Suger, cố vấn của vua Louis VI (Louis Lớn) và Louis VII (Louis Trẻ), đã mở rộng Thánh đường chính của tu viện và thay đổi phần hành lang nhà thờ với các cửa hình hoa hồng và ba cửa chính lớn. Ông này cũng cho thay đổi nội điện, thêm vào các nhà nguyện nhỏ và đặc biệt là bắt đầu nhận chôn cất những người của hoàng tộc. Từ thời Hugues Capet, nhà thờ bắt đầu được coi là nghĩa trang chính của hoàng tộc Pháp.