В 754 г. в Сен-Дени стал королем франков Карл Великий, позже здесь был похоронен его внук Карл Лысый, это предопределило функцию базилики как королевской усыпальницы. Расцвет аббатства связан с деятельностью аббата Сугерия в 12 в., бывшего другом детства короля Людовика VI, вместе с которым он воспитывался в аббатстве. Когда король отправился в крестовый поход, то Сугерий был назначен регентом королевства, что говорит о небывалом могуществе этого прелата. Сугерий стремился поднять престиж монарха, т.к. в то время король был не самым крупным французским феодалом, и аббат прилагал все усилия к тому, чтобы усилить центральную власть. Центральной задачей, стоявшей перед Сугерием, была реконструкция аббатства и придание его внешнему облику того важного внутреннего содержания, которое выражал союз церкви и короля. Новый архитектурный стиль родился не на пустом месте, он объединил элемент бургундской архитектуры, стрельчатую арку, с нормандским нервюрным сводом, создав основу для дальнейшего развития и совершенствования.

Фасад базилики с прямоугольными зубцами вверху разделен контрфорсами на три вертикальных части. Три портала увенчаны большой розеткой в центре и парой полукруглых окон по краям. Перед фасадом сохранилась лишь правая башня, два прямоугольных яруса которой, по бокам укрепленные круглыми контрфорсами, возвышаются над церковью, левая башня обрушилась во время неудачной реставрации, проведенной в 19 в. Внутри базилика разделена на пять нефов рядами круглых колонн. Центральный неф был построен после 1220 г. в стиле пламенеющей готики, характерной чертой которой явились опоры аркад, уже не круглые колонны, а столбы, окруженные пилястрами. В боковых нефах расположены капеллы, окна которых украшены витражами. Алтарь окружает галерея-амбулаторий с аркадой, над ней два яруса полукруглых сдвоенных окон с витражами освещают интерьер церкви. Перед амбулаторием устроен хор со скамьями для певчих, отделенный от него решеткой. Весь восточный конец находится выше уровня церкви, на него ведут две лестницы с двух сторон от центрального нефа. Справа от хора находится усыпальница основателя базилики короля Дагобера (7 в.). По обе стороны от алтаря перед лестницами в боковых нефах расположены могильные камни французских принцев, принцесс, королей и королев, изображающие лежащие фигуры с портретным сходством. Первоначально захоронения производились в южном трансепте, и именно его окно-роза задает размер окон базилики, занимающих всю высоту стены над трифорием, венчающим аркаду нефа, и определяет высоту свода. Все могилы являются кенотафами, т.к. во время революции они были раскрыты, тела вытащили и зарыли в общей яме во дворе. Так выражалось презрение революционеров к своим монархам. У скульптур царствовавших особ руки скрещены на груди, они держат скипетры, руки нецарствовавших сложены в молитвенном жесте. Прямо около правой лестницы – могила Карла V и двух его коннетаблей, одержавших победы над англичанами в Столетнюю войну, две могилы Генриха II и Екатерины Медичи изображают супругов в роскошных одеждах, а рядом без одежд. С другой стороны под балдахином – могила Франциска I. В капеллах амбулатория хранится копия средневекового французского знамени, орифламмы – прямоугольное полотнище с зубцами по краю, а в капелле бокового нефа – коронационная мантия, корона и скипетр французских королей. Под алтарем устроена крипта – подземная церковь, где обычно хоронили тела святых, которым посвящали церковь. В ее центре расположен полукруглый зал, где покоятся принцы домов Валуа и Бурбон. По периметру зал окружен аркадой, отделяющей от него полукруглый коридор, в стене которого находятся ниши с мраморными досками со списками царственных особ и их родственников. Ответвляющийся отсюда коридор ведет к усыпальнице Бурбонов, где находятся кенотафы Генриха IV и Людовика XIV, возведенные в память о них, но не содержавшие их тел, они украшены бюстами этих королей.