从中间的正门进入，首先映入眼帘的是宽敞的中殿，中殿长130米，正面宽16.4米，高32米，是法国教堂中最宽的中殿。两边是侧廊。砖石方柱与拱顶相接，高约37米，内有两个大的玫瑰窗及两个尖拱形的侧高窗，装有160块13世纪的彩色玻璃。整座教堂里共有2999块的窗画玻璃，表现了4000多个人物，堪称为世界之最。在祭台与中殿之间有一个漂亮的祭廊，它建于16—18世纪，上面刻有描绘耶稣及玛利亚生平的浮雕，都极为精美细致。
沙特尔大教堂的玻璃是世界上最精致的。威廉·弗莱明说：“墙壁的空间通过形式和色彩的语言和所表现的宗教题材与礼拜者进行交际。在阳光和煦的日子里，透射进的阳光将地面和墙壁变成了不断变换着色彩的镶嵌细工。神秘的光柱和天窗也使拱门、护间壁和拱顶似乎具有无限的空间和高度。由于观者的眼睛自然而然为光线所吸引，因此使人觉得内部仿佛完全是由窗构成的。”沙特尔大教堂的彩色玻璃窗和两个圆花窗，170幅彩色玻璃窗画均以《圣经》故事为题材，构成了一个色彩斑斓又充满神秘气氛的世界。制作这些彩色玻璃窗的艺术家在玻璃窗装上前，都是分开进行，再最后组装，是无法清楚“看”到整件作品的，而装上后再做修改又为时太晚，这就更显出其独特之处，让人更加佩服其工艺的巧夺天工。大堂内包括近4000个拜占庭风格的人像，形象鲜明突出，宗教气氛浓厚，被公认为13世纪玻璃窗画艺术中最完美的典型。两次世界大战期间，彩色玻璃窗都被卸下来妥善保管。