La colección real de la basílica, un surtido de objetos dispares utilizados en el culto y de piezas procedentes de colecciones legadas por abades o reyes ricos, era uno de los más importantes de la Edad Media.
Suger consideraba la colección real como el adorno de la iglesia. A la entrada del actual coro se encontraba una cruz de casi siete metros de altura con un Cristo de plata dorada. Para las ceremonias, las capillas, hoy decoradas con retablos del siglo XIII, se adornaban con reliquias y objetos litúrgicos de gran valor, como el jarrón de Leonor de Aquitania, el águila de Suger o la bañera de pórfido de Carlos el Calvo, hoy en el Louvre. Pero estos objetos litúrgicos eran también reservas monetarias. Así, en el siglo XIV, un abad de Saint-Denis no dudó en hacer fundir una estatua de oro de San Juan para pagar los servicios del carnicero de la abadía.
Las regalia, los símbolos del poder real utilizados durante las coronaciones -coronas, cetros y manos de la justicia- también se depositaban en el tesoro de la abadía.
Una parte de la colección real fue fundida en 1793 y en la época napoleónica, pero varias piezas excepcionales se encuentran hoy en el Louvre, en el Gabinete de las Medallas de la Biblioteca Nacional de Francia y en museos extranjeros. En el siglo XIX, Luis XVIII encargó nuevos objetos para utilizarlos como insignias reales durante las ceremonias fúnebres. Se exponen en una de las capillas de la basílica.