Le sanctuaire actuel remplace une ancienne église abbatiale dédiée à Notre-Dame de la cité. Les travaux, interrompus durant la tourmente révolutionnaire, ne reprennent qu'en 1815. En 1833, décision est prise d'interrompre le chantier, principalement pour des raisons budgétaires : ce qui explique l'aspect extérieur un peu austère du bâtiment, lequel ne reçut jamais son clocher, pas plus que le péristyle qui devait contribuer à alléger la façade. Celle-ci, de style classique, présente la superposition de deux ordres corinthiens et un fronton triangulaire.
L'église est en fait l'abbatiale de l'abbaye Saint-Vaast, dont les origines remontent au VII siècle, reconstruite à partir de 1745. Les travaux de l'église ne commencent réellement que vers 1766 sur un plan de Contant d'Ivry qui reprend pour Arras les grandes lignes du plan de l'église de la Madeleine de Paris. Ils s'arrêtent en 1792 lorsque les moines sont chassés par la Révolution. L'église est à cette période couverte dans sa totalité mais non voutée sauf le transeprt nord. L'abbaye et l'église sont alors occupées par l'armée qui y installe un hôpital, ce qui la suvera des destructions révolutionnaires. En 1802 le nouvel évêque concordataire, M Charles de la Tour d'Auvergne, cherche une église pour en faire sa cathédrale. La cathédrale gothique du XII siècle, ayant été très endommagée par les spéculateurs, n'est plus utilisable elle sera rasée, vers 1805, sur ordre de Napoléon. En 1804 l'Empereur "donne" à l'évêque l'église de l'abbaye pour en faire sa cathédrale. En 1806, Verly, architecte impérial, est nommé pour achever l'édifice. Après plusieurs projets devant modifier le caractère de l'édifice, le ministre des cultes décide en 1812 de la faire achever selon le plan initial de Contant d'Ivry. Les travaux ceommencent effectivement en avril 1815 et seront terminée en 1833, sauf la chapelle de la Vierge et la tour. la chaplle est inuagurée en 1848. plusieurs projets de tours seront établis mais aucun n'aboutira. En 1870 il est décidé que l'on ne ferapas de tour..
L'édifice sera sérieusement endommagé en 1915 et reconstruit à l'dentique à partit de 1920 sous la direction de Pierre Paquet inspecteur des Monuments Historiques.
