Viollet-le-Duc er særlig kjent for sine restaureringer av middelalderbygninger, som Sainte-Madeleine-kirken i Vézelay, Notre-Dame de Paris, Saint-Sernin i Toulouse, Mont Saint-Michel, Carcassonne og slottene Roquetaillade og Château de Pierrefonds. Han gjorde uvanlig dypt forskningsarbeid rundt bygningene han skulle restaurere, blant annet med arkeologiske studier der det var hensiktsmessig. Han noterte og avtegnet også møbler, klær, musikkinstrumenter og rustninger. Hans studier og forarbeider forut for sine restaureringsarbeider omfattet også romantikken og renessansen.