Кафедральный собор Богоматери находится на площади Place de la Major, недалеко от Старого порта Марселя и форта святого Иоанна. С 5 века на этом месте сменили друг друга несколько религиозных построек: самые первые, не сохранившиеся до наших дней раннехристианские церковь и баптистерий (отдельное здание с купелью для крещения); романская церковь середины 12 века – «la vieille Major» и немного западнее их новое здание - «la nouvelle Major» (19 век).
Фрагменты стены из розового известняка и напольной мозаики раннехристианской церкви и баптистерия обнаружили в 19 веке в. Учёные предполагают, что церковь была около 60 метров в длину и 30 метров в ширину.
В 1852 году, чтобы освободить место под строительство нового собора, старое здание решили снести, однако жители Марселя и Французское общество по охране памятников воспротивились этому. В результате у «старого собора» убрали два пролета и колокольню, а бывший собор стал приходской церковью, которая функционировала до середины 20 века. Сейчас древнее сооружение закрыто на реставрацию.
В интерьере, в северном рукаве трансепта, располагается ренессансный алтарь святого Лазаря (15 век) каррарского мрамора, работы Франческо Лаураны, придворного скульптора короля Рене I. В старом соборе также примечательна капелла святого Серена, где находятся мраморный алтарь с мощами святого (13 век) и терракотовый барельеф на тему снятия Иисуса с креста работы флорентийской мастерской Луки делла Роббиа (конец 15 века).
26 сентября 1852 Наполеон III закладывает первый камень в фундамент «нового собора» (la nouvelle Major). Строительство продолжалось 41 год. «Новый собор» стал самым большим французским собором, созданным со времён Средневековья, его здание может принять одновременно 3 000 человек. По замыслу авторов проекта, грандиозность сооружения должна была символизировать важность второго по величине города и первого порта Франции. Архитектура собора (проект Леона Водуайе) эклектична и сочетает в себе многие стили и направления: византийский стиль (купола, мозаики), романские и готические элементы.
Здание собора состоит из монументального портала с двумя башнями и величественного нефа с капеллами. Для строительства использовались самые разнообразные материалы: зелёный флорентийский камень, белый каррарский мрамор, камни из Калиссана и Гарда, оникс из Италии и Туниса. Интерьер собора пышно декорирован венецианской мозаикой.
После смерти Леона Водуайе в 1872, работу продолжает Анри-Жак Эсперандьё, при нём возводятся металлические конструкции и купола. В 1874 Эсперандьё умирает, строительство собора завершает Анри-Антуан Ревуаль. Он уделяет особое внимание декору здания: мозаикам, скульптурам, отделочным материалам. Внутри здание собора отделано мрамором и красным порфиром в полном соответствии с византийским стилем. В декоре куполов и балюстрад много элементов, позаимствованных у соборов в Лукке и Сиене. В 1893 году собор завершен, а в 1897 - освящен.
Кафедральный собор имеет 142 метра в длину; башни возвышаются на 60 метров, центральный купол диаметром 17, метра достигает 70 метров в высоту. Разные по высоте внешние части здания соответствуют разным внутренним объёмам. По обе стороны внешнего фасада возвышаются башни с куполами. Над портиком проходит галерея, связывающая башни; здесь расположены скульптуры, изображающие Христа (в центре), апостолов (Пётр и Павел) и святых, особо почитаемых в Провансе (Лазарь, Марта, Максимин, Мария Магдалина). Возле входа в собор можно видеть скульптуру Анри де Бельзюнса, епископа Марселя в период страшной эпидемии чумы в 1720. Арка портала украшена сине-золотой мозаикой в стиле одного из мавзолеев Галлы Плацидии в Равенне. В верхней части портика на тимпане над тройной аркой – небольшая роза, по обеим сторонам которой выполнены мозаичные символические изображения Иерусалима и Вифлеема. На тимпанах трех входных дверей установлены мраморные барельефы: в центре (главный вход) – коронование Богоматери, с восточной стороны – два грифона, охраняющие Древо жизни, а над западным входом – Агнец Апокалипсиса.
Основной неф состоит из трёх гигантских пролётов. Своды арок и опоры выполнены из камня и мрамора, светлый охристый оттенок чередуется с красным. Высокие окна украшены витражами. В третьем пролёте нефа расположена скульптурная группа работы Огюста Карли «Вероника, протирающая лицо упавшего Иисуса». Живописная мозаика венецианского стиля, устилающая пол, привлекает внимание оригинальностью изображений.
В центральной части храма, над средокрестием на четырёх монументальных арках возвышается восьмигранный купол. Свет в помещение падает с 60-метровой высоты через восемь сдвоенных сводчатых окон, над которыми расположены круглые витражи-розы. Над каждой из боковых часовен трансепта расположен купол чуть меньшей высоты, чем центральный. В углах, образованных гигантскими опорами, размещены монументальные скульптуры четырех евангелистов работы марсельского скульптора Луи Ботинелли.
Алтари от трансепта отделяют семь ступеней. В центре находится главный алтарь из каррарского мрамора, украшенный мозаикой работы Анри-Антуана Ревуаля. Над главным алтарём раскинулся балдахин с бронзовым куполом, поддерживаемый колоннами из тунисского оникса. Налево от главного алтаря находится капелла Сердца Иисуса, а направо – капелла святого Лазаря. Деамбулаторий огибает алтарь, из него можно пройти в шесть капелл, среди которых капелла Девы Марии. Эта капелла создана как отдельная постройка, у нее свой неф, нартекс (входное помещение), апсида с куполом; теперь здесь находится могила канонизированного в 1995 году марсельского епископа Эжена де Мазено, основателя монашеского общества «Миссионеры Облаты Непорочной Марии».
