L'existence d'un premier édifice religieux, la chapelle Saint-Eustache, est attesté dès 1090. Il marque l'extension de la ville d'alors vers le nord. Un nouvel édifice est construit entre 1140 et 1160 dont il reste le chœur et le transept. En 1309, une tempête détruit la tour de croisée du transept qui entraîne dans sa chute la destruction des dernières travées de la nef romane.
L'édifice est largement remanié au 15e siècle. De 1450 à 1470, la vieille façade est démolie, le portail occidental est alors érigé ainsi que les deux premières travées de la nef.
Ces travaux se poursuivent au 16e siècle comme l'attestent les chapiteaux Renaissance. De 1533 à 1547, le maître maçon de Saint-Denis, Jean Delamarre dirige les travaux. Les collatéraux et les chapelles de gauche sont d'abord édifiés, la tour et la voûte de croisée sont reconstruites. Le clocher, ruiné en 1309, est reconstruit en 1547. Un second clocher est édifié à cette époque sur la première travée du bas-côté nord. À la fin du 16e siècle, l'architecte Vexinois Pierre Lemercier coiffe le clocher d'un élégant lanternon Renaissance. Son fils, Nicolas Le Mercier, restaure les voûtes de la nef ainsi que ses piliers. Les collatéraux et les chapelles de droite sont construites vers 1560. Les chapelles sont bénites en 1583
L'église est classée monument historique dès 1840. Le chevet du 11e siècle est dégagé des maisons qui l'entouraient entre 1907 et 1911. L'église accède au rang de cathédrale en 1966.
Les vitraux de la cathédrale datent pour les plus anciens du 16e siècle et pour les plus récents du 20e siècle.
Les verrières emblématiques de la cathédrale sont situées dans le collatéral nord et plus particulièrement dans la chapelle de la Passion. Deux vitraux datant de 1545 sont dans un état de conservation exceptionnel : la Crucifixion et le Portement de Croix. Leurs couleurs vives, leur luminosité et les expressions de leurs personnages sont tout à fait caractéristiques de l’art du vitrail de la Renaissance.
le ciel s'assombrit
De part et d'autre du Christ, le mauvais larron, les yeux tounés vers le sol, et le bon larron, les yeux tournés vers le ciel.
au pied de la croix, un crâne. C’est le crâne d’Adam pour rappeler aux croyants que le Christ a planté sa croix dans la mort d’Adam pour qu’Adam revive
Marie et une sainte femme, Marie-Madeleine et son vase à nard
D'après les évangiles synoptiques, Simon le cyrénéen aide temps Jésus sur le chemin du Calvaire
le voile de Véronique
les saintes femmes
La troisième verrière du 16e siècle a comme sujet le Martyre de sainte Barbe, et la présente alors qu'elle est conduite devant Dioclétien et martyrisée par deux bourreaux (volet de gauche). Son propre père s'apprête à la frapper, et des ouvriers préparent un édifice pour l'emmurer (volet de droite).
Sur cette verrière du 16e siècle consacrée à la légende de saint Fiacre, on peut le voir :
à l'école, le jour de son mariage, embrassant un lépreux, s'embarquant sur un navire et arrivant à Meaux,
Saint Fiacre est reçu par saint Faron, et bêchant la terre devant son ermitage. Il est à souligner que quatre panneaux ne sont plus ceux d'origine. Tous portent des vers expliquant les scènes figurées.
la cinquième verrière du 16e siècle est celle de la chapelle du milieu. Au tympan, on peut voir un médaillon représentant Suzanne prenant un bain et Suzanne épiée par les vieillards.
Dans la partie centrale de la verrière, la scène de gache représente les vieillards accusant Suzanne, et celle de droite la condamnation de Suzanne par les vieillards.
Au 19e siècle, des restaurations sont entreprises sur les verrières laissées vides, notamment à cause des intempéries. Les autres vitraux anciens n'ont pas été victimes de guerres ou du vandalisme révolutionnaire, mais ont été supprimés délibérément afin que l'église soit mieux éclairée, à la suite d'une décision du conseil de fabrique du 9 août 1739. Il était alors prévu d'enlever l'ensemble des vitraux peints pour les remplacer par du simple verre blanc. Les nouveaux vitraux situés sur les bas-côtés de la cathédrale ont été réalisés en 1860 par de grands ateliers, tels que ceux d’Édouard Didron ou de Laurent Gsell. Ils évoquent l’histoire locale, comme le vœu de Saint Louis de partir en croisade s’il échappait à la mort, ou celui de Pontoise de se consacrer à la Vierge si elle était délivrée de la peste.
[1] Nativité de Marie.
[2] Présentation de Marie au temple.
[3] Mariage de Marie et de Joseph.
[4] Annonciation.
[5] Visitation.
[6] Adoration des bergers.
[7] Présentation de Jésus au temple.
[8] Fuite en Egypte.
[9] Educcation de Jésus.
[10] Jésus devant les docteurs.
[11] Mort de Joseph.
[12] Noces de Cana.
[13] Jésus apparait à Marie.
[14] Jésus apparait aux apôtres.
[15] Pentecôte.
[16] Dormition de la Vierge.
[17] Couronnement de la Vierge.
[1] Geneviève conduit ses moutons.
[2] Geneviève arrive par la Seine pour se procurer du blé pour les parisiens.
[3] Geneviève reçoit la médaille des mains de Saint Germain.
[4] Geneviève nourrit les pauvres.
Le 28 août 1638, la population est déjà bien décimée, et en ultime recours, les échevins restés en ville appellent par le son des cloches les habitants à l’hôtel de ville. En compagnie du grand-archidiacre du Vexin français François d’Aguillanguy, le petit cortège se rend ensuite vers le porche de l’église Notre-Dame, et se jette à genoux devant la statue de la Sainte-Vierge pour prononcer un vœu dont le long texte a été consigné pour la postérité.
Sur la verrière, une foule importante sort de la cathédrale Saint-Maclou et se dirige vers l'église Notre-Dame, située un peu en contrebas dans la ville. On compte 145 personnages ecclésiastiques : les prêtres des églises de Pontoise, les moines et moniales des monastères (abbaye de Saint-Martin, couvent des Cordeliers), ainsi que les représentants des confréries (orfèvres, bouchers, boulangers, musiciens, jardiniers, etc.) et le peuple de Pontoise qui s'est joint à la procession. Tous s'en vont implorer la Vierge Miraculeuse et prier au milieu des malades et des mourants. Le vitrail extrêmement coloré et vivant est composé avec l'œil du maître verrier Edouard-Amédée Didron en 1887.
En 1244, Louis IX se trouve à l'abbaye de Maubuisson, malade. Il promet de partir en croisade s'il guérit. On trouve autour de lui l'évêque de Paris (qui lui donne la croix d'Outre-Mer), sa mère Blanche de Castille, son épouse Marguerite de Provence, sœur Guillemette, la première abbesse de l'abbaye, et des religieuses de Notre-Dame-la-Royale de Maubuisson.
Au second plan du vitrail, on remarquera les murs de Pontoise et de Saint-Maclou.
Au cours de la seconde guerre mondiale, les vitraux du chœur de la cathédrale sont à leur tour brisés. Ils sont remplacés en 1955 par des verrières créées par Max Ingrand, maître-verrier et décorateur français du 20e siècle. L’iconographie évoque l’Ancien et le Nouveau Testament.