Bâtie au pied du rocher Corneille, un imposant piton volcanique qui domine le centre historique, la cathédrale Notre-Dame est un remarquable témoignage de l'art roman aux influences carolingiennes, byzantines et mauresques. Elle a été inscrite en 1998 sur la liste du patrimoine mondial par l'UNESCO au titre des chemins de Saint-Jacques-de-Compostelle en France. Au Moyen-Âge, les pèlerins venaient à Santiago vénérer les reliques de l'apôtre du Christ martyrisé en 44 en Palestine et dont le corps était miraculeusement parvenu sur cette terre de Galice. La Via Podiensis, au départ du Puy-en-Velay, est l'une des quatre grandes routes décrites dans le Codex Calixtinus pour rejoindre le sanctuaire espagnol de Compostelle. Godescalc, évêque du Puy-en-Velay, réalise en 950 un grand pèlerinage au tombeau de Saint Jacques.
Au cœur de la veille ville, sur le mont Anis, se trouve la cathédrale Notre-Dame du Puy. C'est par de pittoresques rues en pente partant de la ville basse et un grand escalier de 134 marches que l'on accède à ce magnifique édifice. La façade de la cathédrale se dresse au haut de cette escalier. Sanctuaire marial dont les origines remontent au Ve siècle, la Cathédrale au pied du rocher Corneille, présente un insolite mélange des styles architecturaux qui font tout son charme. Important monument du style roman, elle date de la fin du XIe siècle. On y décèle également l'influence byzantine, due aux croisées, dans les coupoles octogonales des voûtes de la nef. L'église primitive correspond au chevet actuel.
La cathédrale Notre-Dame comporte cinq étages d'architecture en appareil polychrome avec décoration de pierres disposées comme une mosaïque, et provenant des carrières de la région. Certains ont voulu voir l'origine de cette ornementation "mozarabe" dans le nombre considérable d'Espagnols qui fréquenta, au Moyen Âge, le pèlerinage à la Vierge noire. D'autres l'attribuent à l'influence des Croisés. Avec ses arcs en plein cintre, cette façade appartient au style roman et peut être datée de la fin du XIIe siècle.
En arrivant, ne manquez pas d'observer sa majestueuse façade polychrome ornée de mosaïques et la fresque ancienne de son porche occidental. A l'extérieur, on ne manquera ainsi pas le porche du For, de la fin du XIIe siècle, qui bien que de style apparemment roman, dévoile une voûte sur des croisées d'ogives, ainsi que des vitraux gothiques. Un escalier, qui se continue sous le porche, débouche sous la nef. Cet escalier occupe toute la largeur de l'édifice durant les deux premières travées, puis se rétrécit pour ne plus avoir que celle de la nef principale pendant les deux travées suivantes, contre les murs desquelles ont été placées les portes en bois sculpté qui se trouvaient autrefois sur la façade. Cette curieuse disposition s'explique par la déclivité du terrain et le manque de place.
En raison des foules attirées au XIIIe siècle par le pèlerinage, il fallut agrandir l'église. Comme il n'y avait plus de place sur le rocher, les architectes décidèrent de construire en quelque sorte dans le vide, pour supporter les nouvelles troisième et quatrième travées. Dans la Cathédrale Notre-Dame, on peut admirer une importante collection d'œuvres d'art comme le reliquaire du XVIIe siècle de la chapelle du Saint-Sacrement qui abrite la copie contemporaine de la Vierge noire à l'Enfant, les fresques byzantines et italiennes sous le porche et dans le transept nord, ou encore la statue de saint Jacques. La statue actuelle de la Vierge noire qui se trouve actuellement sur le maître-autel, est une copie de celle offerte au XIIIe siècle par Louis IX (Saint-Louis) au retour de la Septième croisade et détruite au moment de la Révolution française.
Les légendes locales du Puy-en-Velay évoluent autour d'un dolmen qui occupait depuis plusieurs millénaires, sans doute, l'emplacement actuel de la Cathédrale Notre-Dame. C'est sur ce dolmen que serait apparue au IIIe siècle, à l’époque gallo-romaine, la Vierge à une matrone de Ceyssac souffrant d’une fièvre quarte, lui annonçant qu'elle serait guérie en allant s'étendre sur la table volcanique du dolmen. Après une nouvelle apparition, une première église fut construite vers 430 sur le lieu indiqué par la Vierge et à l’emplacement d’un sanctuaire païen.
Dès lors commencent les pélerinages chrétiens, succédant aux cérémonies druidiques du Mont anis. Le Puy-en-Velay est, avec Chartres, le plus ancien sanctuaire marial de la Gaule chrétienne. On a retrouvé sous le pavé du choeur, les fondations de cette première église qui mesurait 12 m x 24 m. Il reste de cette pierre basaltique une partie conservée dans une chapelle du Saint-Crucifix connue sous le nom de "pierre des fièvres" ou "pierre des
apparitions", sorte de dalle de 3 m de longueur sur 2 m de largeur. De nos jours encore, des personnes s’allongent sur la Pierre pour en recevoir les bienfaits. Si l'origine du culte de Notre-Dame-de-l'Annonciation se trouve dans la "pierre des fièvres", le Moyen Âge et les temps modernes vénèrent surtout la Vierge noire.
Il est temps d'aller admirer le superbe cloître roman aux arcades polychromes et aux chapiteaux sculptés, ainsi que les belles pièces de collection du trésor situées dans l'ancienne salle des États du Velay. C’est à l’occasion des agrandissements de la cathédrale du Puy-en-Velay aux XIe et XIIe siècles que fut construit un cloître accolé à celle-ci. Installé au cœur de la cité épiscopale, il était réservé aux chanoines séculiers, qui constituaient le conseil de l’évêque. Il a subi d’importants travaux de restauration au XIXe siècle. Le cloître de la cathédrale constitue l’un des plus beaux ensembles romans d’Europe. Les arcades en plein cintre sont surmontées par une mosaïque de losanges blancs, rouges et noirs. La salle de réunion du chapitre de la cathédrale est ornée d’une fresque d’inspiration byzantine datant du XIIIe siècle. Aménagé dans l'ancienne salle des Etats du Velay, le Trésor d'art religieux rassemble des ex-voto, des objets liturgiques, des manteaux brodés de la Vierge noire du Puy en Velay, un parchemin du XVe siècle, une tapisserie fleurdelisée aux armes de Jean de Bourbon du XVème siècle et des sculptures et des bas-reliefs en bois attribués à Pierre Vaneau du XVIIe siècle.
Pour apprécier pleinement la cathédrale Notre-Dame, poursuivre vers le rocher Corneille où domine la statue de la Vierge, une vue d‘ensemble s'impose. Visiter le Puy-en-Velay c'est aussi flâner dans les rues et découvrir de petites églises et chapelles plus intimes : à quelques pas de la chapelle Saint-Michel d'Aiguilhe, la chapelle Saint Clair et la petite place qui accueille une fontaine avec une statue de Saint Michel. La chapelle des Pénitents, située derrière la cathédrale est particulièrement remarquable avec un plafond peint d'une cinquantaine de tableaux d'anges avec la Vierge Marie au centre.