La maîtrise précoce de l'art du vitrail se retrouve dans les églises du haut Moyen Âge dont les verrières prennent place à des endroits précis de l'édifice, en lien avec la liturgie. La quête de lumière s'intensifie dans l'architecture carolingienne qui fait un usage accru du vitrail, lequel investit toutes les baies des édifices religieux. Les murs épais des églises romanes peuvent être percés dans leur niveau supérieur de larges baies qui apportent davantage de lumière, caractéristique notamment des grandes églises normandes de la seconde moitié du XIe siècle.
Les Cisterciens développent, en rapport avec leur idéal de simplicité et de dépouillement, un type de vitrail incolore composé le plus souvent de motifs décoratifs non-figuratifs et répétitifs, comme dans l'abbatiale bénédictine de Sainte-Foy de Conques, construite à partir de 1041. Depuis 1994 l'intérieur est décoré avec des vitraux de Pierre Soulages...L'artiste voulait un verre non teinté correspondant à la règle stricte des moines réguliers. Les vitraux des cathédrales étaient destinés à enseigner la Bible au peuple illettré, pas à distraire les moines érudits.
Elle est inscrite au patrimoine mondial de l'UNESCO au titre des chemins de Saint-Jacques-de-Compostelle en France depuis 1998.
Par contre, à la même époque au XIIe siècle, les préoccupations religieuses de Suger, Abbé de la basilique de Saint Denis, le conduisent à donner une grande importance théologique et liturgique aux couleurs et à la composition dans la conception des vitraux de la basilique Saint-Denis. L'invention de l'architecture gothique y apparaît comme la volonté de substituer la transparence du verre à l'opacité des murs qui ont tendance à se réduire à des nervures où s'encastre le verre., Le pape Grégoire le Grand a mis en avant la fonction pédagogique de l'image qui se déploie dans les églises, et les canons du Concile de Rome de 1050 ont rappelé la mission d'instruire et de moraliser de l'Église.
Les vitraux ont ainsi pour fonction d’être édifiants pour les fidèles et représentent bien souvent des scènes bibliques, la vie des saints mais parfois aussi la vie quotidienne au Moyen Âge, constituant une véritable «Bible du pauvre ». Ils sont considérés comme de véritables supports imagés, à la façon d'une bande dessinée, pour le catéchisme des fidèles illettrés.,Le vitrail médiéval répond aussi à des finalités supérieures: volonté d'exaltation de la lumière, symbole de la transcendance selon les théologiens, tout en constituant une clôture par rapport au monde extérieur, ce qui accentue la sacralisation de l'église, évocation de l'éclat des pierres précieuses dont resplendit la Jérusalem céleste de l'Apocalypse.
Mais au-delà de la représentation iconographique, c'est aussi pour toute la symbolique de la lumière que l'on avait recours aux vitraux durant le Moyen Âge, et plus particulièrement pendant la période dite gothique. Selon Vitellion, intellectuel du XIIIe, on distingue deux sortes de lumières : la lumière divine (Dieu) et la lumière physique (manifestation de Dieu). Les vitraux étaient alors chargés de transformer la lumière physique en lumière divine, autrement dit de faire entrer la présence divine dans la cathédrale. En outre, la lumière provenant des vitraux a pour but de délimiter un microcosme céleste au cœur de l'église.
Le temps des cathédrales en France voit l'explosion de cet art, comme à Notre-Dame de Paris, Bourges, Amiens, Reims, Rouen, ou au Mans ainsi que dans les contrées germaniques, comme à Strasbourg, Augsbourg, Cologne, Erfurt, Ratisbonne, etc.,, Ces modèles atteignent une énorme complexité - en particulier avec les rosaces - la dentelle de pierre étant ramifiée en centaines de différents points, comme à la Sainte-Chapelle à Paris, véritable vaisseau de lumière.
L'art médiéval du vitrail et des cathédrales s’est orienté vers la rosace symbole de la Vierge Marie, qui forme souvent le cœur de la rosace en vitrail. A Chartres, la rosace nord, associée à l'étoile polaire et à la nuit, représente la glorification de la Vierge.
Marie est entourée de douze colombes et d'anges porteurs des dons du Saint Esprit. Les figures de l'Ancien Testament représentent l'humanité qui attend la lumière du Christ. Toute la rosace est dans les teintes bleues »
Toute l’histoire de l’Eglise – de l’époque paléochrétienne au XXème siècle - voit se poursuivre d’importantes commandes de reconstruction et de construction d'églises et de cathédrales avec des vitraux démontrant ainsi la dynamique et le génie de la foi catholique de l’Eglise d’aujourd’hui.
Hommes, femmes, gens du peuple, nobles s’associent à cet élan créateur dans l’enthousiasme de la foi. L’extraordinaire dévotion du peuple envers la Vierge suscite un prodigieux élan : Presque toutes les cathédrales sont consacrées à Notre-Dame.
L'esthétique gothique et ses techniques se perpétuent dans l'architecture française au-delà du XVIe siècle, en pleine période classique, dans certains détails et modes de constructions. Avec le néo-gothique, un véritable renouveau apparaît avec la vague de l'historicisme du XIXe siècle jusqu'au début du XXe siècle.