La colline de Montmartre se trouve à mi-chemin entre ce que furent Lutèce et Catolacus.
50 ans après le martyre, c'était la « paix constantinienne ».
Immédiatement, un premier monument fut érigé sur la triple tombe et les foules se précipitèrent attirées par les nombreux miracles. Le lieu dédié au grand saint devint Saint-Denys.
Saint-Denys, premier évêque de ce qui deviendra Paris, apparaît, dés une époque très reculée, comme un protecteur et ce pouvoir s'étendit à son tombeau, comme en témoignent les premiers récits. Le mythe de l’aréopagite surgit seulement au 9eme siècle dès les écrits de l'abbé Hilduin. Sainte Geneviève, la patronne de Paris, qui l'a préservée en 451 de la fureur des Huns, fit construire la première église connue dédiée à Saint-Denys, vers 475, quelques années avant que n’accède à la royauté le jeune Clovis.
Par le baptême de Clovis à Reims, on assiste à l'origine de l'alliance du Trône et de l'Autel dans le premier état moderne d'Europe à la sortie de l'antiquité romaine. C'est en raison du rayonnement, déjà très important de Saint-Denys que Clovis choisit Paris comme capitale du royaume, sans doute sous l'influence de Sainte-Geneviève amie de son épouse Clotilde.
Après lui, les rois mérovingiens vouèrent un culte très important à ce lieu devenu prestigieux. Il s'y faisait enterrer « ad Santos » (auprès et à l'ouest du tombeau sacré). Les fouilles ont confirmé cela depuis le 5ème siècle et permis de constater que l'église de Sainte-Geneviève était beaucoup plus grande qu'on ne le supposait précédemment.
Dagobert, devenu roi en 622, entreprit avec son ministère, l'évêque de Saint-Éloi, de reconstruire splendidement la cathédrale-basilique en l’élargissant par deux nefs latérales.
C'est à Dagobert que l'on doit également la fondation de la première communauté monastique régulière destinée à assurer la permanence du service divin et la garde des reliques.
En 732, Charles Martel, fils de Pépin de Héristal et Maire du Palais, sauvait l'Occident à Poitiers.
Face à l'insuffisance des derniers mérovingiens Fulrad élu abbé de Saint-Denys en 749, négocia avec le pape Zacharie 1er de leur substituer Pépin le Bref, fils de Charles Martel.