Sur la rive gauche, l'ancienne ville gallo-romaine descend les pentes de la Montagne Sainte-Geneviève. Les grands établissements religieux, Sainte-Geneviève fondée par Clovis qui a choisi Paris comme lieu de résidence en 508, Saint-Germain des Prés fondé par Childebert et Saint-Victor s'y développent.

Les invasions normandes du IXe siècle entraînent le regroupement et donc l'accroissement de la population à l'intérieur des anciennes enceintes romaines ou des bourgs nouvellement fortifiés. Du même coup, l'habitat tend à se réduire ou même disparaître dans les zones périphériques.

A partir du Xe siècle et l’élection du comte de Paris, Hugues Capet, à la tête du royaume de France, la ville proprement médiévale, bourgeoise, se développe avec l'accroissement de la population marchande et artisanale qui déborde des agglomérations anciennes.

A compter des XIe et XIIe siècles, les étudiants, quittant le cloître Notre-Dame, viennent coloniser la rive gauche lui donnant son nom de quartier latin. Sur la rive droite, la ville médiévale se développe et se modifie rapidement par l’affluence croissante de nouveaux venus, qui s'installent aux portes et à proximité des grandes voies de communication, attirés par les foires et les marchés.

Philippe Auguste à la fin du XIIe siècle fait bâtir le château du Louvre en même temps qu’il enserre la ville d’une enceinte de pierre. Charles V la doublera sur la rive droite pour protéger la ville qui ne cesse de croître car Paris compte également des faubourgs et des bourgs, ceux de Saint-Martin et Saint-Laurent sur la rive droite, de Saint-Germain ou de Saint-Marcel sur la rive gauche, véritables petites agglomérations possédant quelquefois leurs propres enceintes et qui s'intègrent à Paris au fur et à mesure de l'extension progressive de la ville.

Certains auteurs attribuent à Paris une population de plus de 20 000 habitants durant le Haut Moyen Age ce qui en fait la ville la plus importante du royaume franc.

En 1328, elle compte 200 à 300 000 habitants et 62 000 feux ce qui en fait la ville la plus peuplée d’Europe.

La disette liée aux mauvaises conditions climatiques des années 1310 à 1330, des étés pluvieux et des hivers très rigoureux, la famine, différentes épidémies, les débuts de la guerre de Cent Ans et la grande peste des années 1348 à 1360, vident Paris de sa population. Charles VI meurt en 1422. L’hôtel Saint Paul, qui fut sa résidence, est abandonné et, à partir de cette date, Paris, d’abord occupé par les Anglais, est délaissé par les rois qui résident à Bourges, Chinon, Tours, Amboise et Blois. François Ier devient roi en 1515.

Le 15 mars 1528, le roi François Ier écrit à la municipalité parisienne pour annoncer son retour dans la capitale et signer ainsi les débuts le la Renaissance et la fin du Moyen Age à Paris.