En 1231, San Luis ya contribuía económicamente a la reconstrucción de la iglesia abacial, una gran obra del arte gótico del siglo XIII. El hecho de que la reconstrucción se completara en 1281, en menos de 50 años, es un indicio de la inmensa riqueza de la abadía. Pierre-de-Montreuil, uno de los principales arquitectos de la época, que dirigió la construcción de una parte de la catedral de Notre-Dame en París y del refectorio de Saint-Germain-des-Prés, también contribuyó a esta gran obra del siglo.
La basílica da una poderosa impresión de altura. Los constructores utilizaron especialmente los pilares fasciculados, compuestos por varias columnas pequeñas encajadas entre sí y que coinciden con los nervios de los distintos arcos del techo abovedado. Este estilo de arquitectura atrae la mirada del visitante inconscientemente hacia arriba, desde la base del pilar hasta el comienzo de la bóveda del tejado, por lo que los 28 metros de altura del tejado parecen ser mucho mayores. La arquitectura gótica, conocida en aquella época como "francesa", alcanzó su apogeo en ese siglo.
El gran tamaño de los edificios era el resultado del rápido avance de las técnicas de construcción, del uso de arbotantes y de la forma de organizar las obras. La búsqueda de la mayor altura posible se combinó en el siglo XIII con la voluntad de crear edificios de apariencia vacía hasta el punto de convertirse en un simple escenario bañado por la luz.
La Basílica, tal como aparece hoy, no es un reflejo exacto de la arquitectura gótica. En 1836, el campanario de la torre norte, que alcanzaba una altura de 86 metros, fue alcanzado por un rayo. Rápidamente reconstruido por el arquitecto Debret, tuvo que ser derribado en 1845 (a causa de las grietas en la mampostería) por Viollet-Le-Duc, que al hacerlo realizó con sensibilidad una transformación de la imagen de la fachada del edificio que todavía se aprecia hoy...