Le grand orgue a été construit en 1872-73. Il est l'oeuvre du facteur Aristide Cavaillé-Coll, certainement l'organier le plus célèbre de toute l'histoire de l'orgue. Le buffet est l'oeuvre de Louis-Jean-Antoine Héret, architecte de l'édifice. L'orgue fut inauguré le 17 décembre 1874 par Louis Lebel. Lors de sa construction, Cavaillé-Coll a immédiatement été confronté à un problème de taille lors de l'élaboration des plans, à savoir la rosace, et, au centre de la tribune, le passage des cloches. C'est par là que ce faisait le tirage de la mécanique des cloches et qu'on les faisait éventuellement descendre en cas de réparations. Pour la rosace, il lui avait été stipulé qu'elle ne devait en aucun cas être cachée. C'était surtout la Croix, au centre du vitrail, qui ne devait pas être masquée. Du parvis à la pointe du clocher, on compte neuf croix, chiffre symbolique, et il était évidemment impossible d'en masquer une seule. Il fut donc contraint de faire un buffet en deux parties, laissant tout le centre de la tribune libre et la rosace dégagée. On peut trouver d'autres exemples de ce type d'orgues en buffets séparés mais le problème a aussi été le passage des cloches, empêchant de construire une mécanique directe, partant de la console qui devait à l'origine se trouver en plein centre de la tribune. La mécanique serait donc partie de façon directe vers les deux buffets. Le devis d'origine prévoyait un orgue à trois claviers, composé d'un récit expressif, d'un clavier de grand orgue et un positif expressif, avec bien entendu la pédale. La console a bien été installée, curieusement tournée dos à la nef avec ses trois claviers, tous les tirants de registres, le buffet monté. Mais, après l'installation des deux premiers plans sonores, à savoir le récit et le grand orgue, Cavaillé-Coll s'est rendu compte qu'il serait impossible de construire la mécanique du positif. Elle est située dos à la nef, juste derrière le cadran de l'horloge.

Le premier clavier, qui devait être celui de positif, a été transformé en clavier d'accouplement permanent, c'est-à-dire qu'il tire en même temps le récit et le grand orgue. C'est le clavier le plus dur. Mais avec les derniers travaux, les claviers sont devenus tout à fait jouables, le grand-orgue et le récit étant même confortables. En effet, de part la configuration forcée de la mécanique, par ce fameux passage de cloches, il avait été obligé de construire une mécanique déviée, avec les équerres de renvoi fichées dans le plancher. C'était déjà absolument injouable pour l'organiste avec la mécanique de deux claviers. Alors, en ajouter un troisième... On ne sait pas exactement pourquoi la construction de cet orgue s'est arrêtée. Ce dont on est sûr, c'est qu'il était prévu pour quatre plans sonores, pédalier compris, et qu'il n'y en a que trois, alors que tout était prévu et qu'aujourd'hui encore, il est entièrement configuré pour quatre plans. Le clavier du positif est là, les tirants de jeux aussi et les passages de la mécanique ainsi que l'emplacement des sommiers dans le buffet. Même avec ce problème, il lui aurait été facile de rajouter une seconde machine Barker qui aurait fait fonctionner en même temps la mécanique du récit et du positif. Il ne l'a pas fait, peut-être parce qu'on ne lui a pas accordé de budget supplémentaire. Mon avis est plutôt qu'il s'est rendu compte que quoi qu'on fasse, cette mécanique était ratée, qu'il aurait été encore pire d'y ajouter quoi que ce soit. En 1912, Charles Mutin effectue un relevage de l'orgue et augmente les pressions de l'orgue. En 1922, un relevage partiel par Fernand Prince. En septembre 1955, Erwin Müller effectue des travaux et modifie deux jeux: l'octave 4 du grand-orgue devient une quinte 2 2/3; la progression harmonique du plein jeu de grand-orgue III à VI rangs devient un plein jeu à reprise de III à IV rangs (C = 1 1/3, c = 2, c' = 2 2/3, c'' = 4). suite