Des vitraux du XIIe siècle, il ne subsiste à Saint-Denis que cinq verrières et quelques éléments démontés, en 1997, en vue de leur restauration. Ils sont en partie actuellement remplacés par des films photographiques. Dès le XIIe siècle, fait rarissime, un maître verrier est attaché à l’entretien des vitraux qui auraient coûté plus cher que la construction, en pierre, de l’édifice. C’est dire toute l’importance que Suger attachait à la lumière. Les sujets traités sont riches, complexes, essentiellement destinés aux moines érudits. Les grands thèmes de la façade occidentale du XIIe siècle, qui commente l’Ancien Testament comme préfiguration du Nouveau Testament, trouvent leurs aboutissements dans la verrière de la vie de Moïse et dans celle que Suger nomme verrière anagogique, c’est-à-dire “qui conduit vers le haut”.
La chapelle axiale abrite le thème de l’arbre de Jessé, célèbre tout au long du Moyen-Âge. Cette généalogie simplifiée de Jésus représente celle qui ouvre l’évangile de saint Mathieu. Mais pour Suger, c’est aussi une image idéale de la royauté. Présenté par Richelieu comme le premier grand serviteur de la monarchie, l’abbé Suger contribue à enraciner l’idée que le roi capétien, nouvelle image du Christ sur terre, ne peut être le vassal de personne, sinon du bienheureux Denis.
Les vitraux des parties hautes de l’édifice sont des créations du XIXe siècle, commandés par les architectes Debret et Viollet-le-Duc. Les verrières médiévales des fenêtres hautes ont été détruites pendant la Révolution pour récupérer le plomb. Dans les parties hautes du choeur, les vitraux racontent la légende de saint Denis et plusieurs épisodes de l’histoire de la Basilique. Dans la nef, la longue galerie de rois et de reines débouche sur deux immenses roses. La rose Sud est une structure de pierre de plus de 14 mètres de diamètre, qui aurait servi de modèle à celle de Notre-Dame de Paris. Cette roue de lumière montre autour de la figure centrale du Dieu bénissant, des anges, les douze signes du zodiaque représentant la course du soleil et vingt-quatre travaux agricoles réalisés au cours de l’année.