Il s'agit de l'un des premiers instruments d'importance réalisé par Aristide Cavaillé-Coll. Quoique modifié au XXe siècle, cet orgue demeure l'un des plus fameux opus de ce facteur. Plusieurs organistes prestigieux se sont succédé à sa console à l'instar de Camille Saint-Saëns, Gabriel Fauré, Jeanne Demessieux ou encore François-Henri Houbart, l'actuel titulaire. Cet orgue sert pour les différents offices ainsi que lors de nombreux concerts organisés tout au long de l'année. 

Grand buffet de style néo-classique, avec une ornementation et une organisation inspirées de la Renaissance italienne. Il surmonte et prolonge le tambour de la porte occidentale. Cet ensemble a été réalisé entre 1841 et 1846 par les menuisiers Lindemberg et Marneuf (sculptures) sur les plans de l'architecte Jean-Jacques-Marie Huvé (qui achève la construction de l'édifice de 1828 à 1842).

Ce buffet comprend un soubassement massif panneauté et délimité par de puissants pilastres. Au dessus, s'ouvre une façade plate à deux niveaux.

Le premier niveau comprend cinq grandes plates-faces romanes avec mascarons de 9 tuyaux chacune. Ces dernières sont soulignées d'un bandeau à claire-voies à la base duquel partent les chamades. La plate-face centrale possède toutefois une ornementation différente avec la présence d'une horloge signée des ateliers Lepaute, horloger de Louis XVI. Les trois plates faces centrales sont groupées entres-elles et apparaissent en léger ressaut du reste de la façade. Elles sont délimitées par deux colonnes engagées ornées de rinceaux et couronnées par des chapiteaux corinthiens. La plate-face centrale est quant à elle délimitée par deux cariatides. Le premier niveau est couronné d'un entablement composée d'une fine architrave moulurée, d'une frise à rinceaux et d'une corniche à modillons.

Le second niveau se déploie au dessus des trois plates-faces centrales du premier niveau. Il est contrebuté de chaque côté par un angelot adossé et un candélabre. La façade s'organise en trois plate-faces de 10,11 et 10 tuyaux chacune ; celle du centre étant romane, légèrement plus haute et délimitée par deux colonnes engagée à chapiteau corinthien. Ces trois plates-faces sont couronnées par un entablement surmonté par quatre angelots. Ceux placés vers l'extérieur tiennent une guirlande. Ceux placés vers l'intérieur sont assis et embouchent une trompette. Enfin, au dessus de la plate-face centrale se tient un piédestal où trône une Sainte Vierge en majesté, tenant son Enfant entre ses jambes. Derrière la façade du second niveau se trouve le plan sonore du Positif.   

Console indépendante et retournée, l'organiste regarde en direction du choeur. L'habillage correspond encore à la console originelle de Cavaillé-Coll 1844-1846). Il s'agit de la première grande console retournée réalisée par ce facteur d'orgues. Les parties internes de la console ont été reconstruites lors de la restauration de 1970-1971 réalisée par Danion-Gonzalez. Cette console peut se fermer au moyen d'un couvercle équipé d'un pupitre amovible. 

Quatre claviers manuels de 56 touches chacun.

Tirants de registres de section ronde avec pommeaux chantournés comportant chacun une pastille gravée au nom du registre. Ils sont disposés par plans sonores sur cinq niveaux, de part et d'autre des claviers. Trémolo Récit par registre. 

- Combinateur Peterson MP 1000 / séquenceur avec poussoirs de combinaisons installés sous le premier clavier. 

Un pédalier concave à l'allemande, de 32 marches. 

Combinaisons par champignons disposés en quinconce sur trois rangées au dessus du pédalier, ainsi que deux pédales à bacsule pour l'expression Récit et le crescendo général. Les combinaisons peuvent également s'appeler par dominos basculants placés en fronton sur une rangée au dessus des claviers. 

Electro-pneumatique.

Electrique.

Tempérament égal.

440 Hz.

L'essentiel de la tuyauterie d'origine, de Cavaillé-Coll (1844-1856) est encore en place dans l'instrument. Elle a cependant été retravaillée dans une optique plus néoclassique par Robert Boisseau (Ets Roethinger) en 1956-1957 et Danion-Gonzalez en 1970-1971. À noter qu’au positif se trouve la première voix céleste du monde.  

Quelques apports de tuyauterie par Mutin, Boisseau/Roethinger et Danion-Gonzalez dans les dessus de Pédale (Ut#3 à Fa 3) et les dessus des claviers manuels (Fa#5 et Sol 5), les pleins-jeux et Cornets et quelques jeux de principaux et mutations simples. Deux jeux en chamades (Trompette 8' et Clairon 4' et leurs extensions graves en 16' et 8'), prévus par Cavaillé-Coll mais non posés, sont installés par Bernard Dargassies en 2001-2002.