Commémorant la fin de l'épidémie de peste noire survenue au XIVe siècle, la statue de la Consolatrice des affligés date du XVIIe siècle. Il s'agit d'une effigie sculptée en bois de tilleul, d'une hauteur de 73 cm.
Elle fut consacrée le 8 décembre 1624 et fut portée en cortège autour de la ville par des prêtres jésuites. Une chapelle fut érigée pour l'abriter de 1625 à 1628. En 1794, la statue fut déplacée dans l'église paroissiale. De nos jours, elle fait encore l'objet d'une vénération, particulièrement du quatrième au sixième dimanche de Pâques.
Le pèlerinage envers la Consolatrice des Affligés, patronne de la cité depuis 1666 et du pays de Luxembourg depuis 1678, est à considérer comme pèlerinage national. Ainsi chaque année les vœux solennels de 1678 sont renouvelés en présence du grand-duc, du gouvernement et des autorités municipales.
L'édifice du XVIIe siècle est une église gothique tardive. Sur son portail principal en style baroque primitif on retrouve la statue de la Sainte Vierge entourée des apôtres Pierre et Paul ainsi qu'Ignace de Loyola et François Xavier, fondateurs de la Compagnie de Jésus. Plus tard une statue de saint Nicolas compléta l'ensemble.
Le portail de la nouvelle partie de la cathédrale est marqué par l’ornementation due au sculpteur luxembourgeois Auguste Trémont et qui comprend une centaine de figures humaines, une cinquantaine de représentations animales et un riche décor végétal. Les battants en bronze des portes ont été réalisés par le même artiste.
Parmi les œuvres présentes dans la cathédrale, on peut retenir :
les grandes verrières du chœur créées par Louis Barillet de Paris
les verrières de la tribune grand-ducale de Josef Oberberger de Munich et représentant des personnages de la maison comtale médiévale
les vitraux d'Émile Probst, représentant des scènes bibliques (épisode de Tobie dans le tympan de la porte de la cour intérieure, délivrance de saint Pierre dans le tympan de la chapelle du Sacré-Cœur) ou des saints jésuites (Pierre Canisius, Robert Bellarmin, François Xavier, Ignace de Loyola, Jean Berchmans, et autres jésuites bien connus au Luxembourg, Alexandre Wiltheim, Jacques Brocquart, etc.)
vitraux des années 1848-1860 en provenance des ateliers Maréchal de Metz et représentant des scènes de la vie de la Vierge
les verrières abstraites de 1966 situées à la tribune d'orgue sont de Jacques Le Chevallier, à l'inspiration des verrières de Notre-Dame de Paris qu'il a réalisées un an auparavant.
jubé décoré par des plastiques en albâtre (Renaissance tardive)
piliers cylindriques ornés d'un système de bandeaux entrelacés
Un tableau, L'Adoration des rois mages, de Jacques Nicolaï, de l'école de Rubens
peintures murales de Friedrich Stummel de Kevelaer (1897)
les deux buffets d'orgue :
orgue symphonique de Haupt (1938)
orgue classique de Westenfelder (1995)
Dans la crypte :
lions en bronze de l'animalier luxembourgeois Auguste Tremont (1936/37)
stations du chemin de croix de Félix Baumhauer de Munich
autels du statuaire luxembourgeois Claus Cito avec des reliefs représentant les saints Henri et Cunégonde, Hubert et Willibrord