Le voile de la Vierge est vénéré, chaque année, le 15 août, et à l'occasion de la fête de l'Immaculée Conception, le 8 décembre. Il fait l'objet d'une vénération particulière par les orthodoxes à Chartres, où il est conservé dans la chapelle des martyrs.

Retrouvé au Ve siècle, à Constantinople, ce tissage en soie serait celui que portait Marie au moment de l'Annonciation. L'impératrice Irène (de l’empire byzantin) l'a remis à Charlemagne, qui l'a d'abord conservé à Aix-la-Chapelle (Allemagne). Son petit-fils, Charles-le-Chauve, l'a donné à la cathédrale de Chartres en 876.

Le voile a très vite été vénéré pour ses nombreux miracles. À l'époque, il protège la ville et guérit des empoisonnements. Il fait rapidement l'objet de pèlerinages. Aux XVIIe et XVIIIe siècles, le chapitre offre des chemises aux reines de France enceintes.

« Elles s'assuraient d'un bon accouchement en portant des chemises qui avaient été posées sur la châsse contenant le voile de la Vierge. Marie Leszczynska, épouse du roi Louis XV, a été la dernière à le faire », explique Gilles Fresson, attaché au rectorat de la cathédrale.

La précieuse relique a failli disparaître dans le grand incendie de la cathédrale, en 1194. Elle a été découpée en morceaux en 1793, dont certains sont vénérés dans d'autres villes comme Rouen (Seine-Maritime). L'étoffe de soie de deux mètres de long, tissée en Orient, entre le  Ier et le IIIe siècle, est visible à Chartres dans une châsse construite en 1876.

Jusqu'au XXe siècle, le voile n'a pas quitté Chartres. Dissimulé dans un immeuble parisien, en 1914-1918, il a été conservé à Lourdes après l'exode de 1940. De retour à Chartres, en 1944, il a été protégé, jusqu'en 1990, dans un autre reliquaire, désormais dans la crypte.