Le Grand Orgue de l’église Saint-Pierre des Chartreux était à l’origine celui de l’église du couvent des Jacobins. C’est un instrument de style XVIIe / XVIIIe classique français, au ton ancien et tempérament inégal. Il permet l’interprétation de la musique française des XVIIe / XVIIIe. Sa sonorité est claire et brillante. Il a été restauré dans l’esprit XVIIe / XVIIIe par Gerhard Grenzing et les travaux ont été inaugurés par Gaston Litaize, le 29 octobre 1983. Le Grand Orgue est classé monument historique pour sa partie instrumentale

L’orgue de Saint-Pierre des Chartreux fut construit à l’origine pour l’église du couvent des Jacobins par Robert Delaunay (ou de Launay) après contrat conclu avec les Frères Prêcheurs le 13 mars 1677. Il fut terminé le 12 janvier 1683 et expertisé par Jean de Joyeuse le 6 septembre suivant. Sa composition, semblable à celle de l’orgue qu’il a construit pour la Basilique Saint-Sernin trois ans plus tôt, était la suivante : Positif (48 notes, Do1 – Do5 sans Do#1) : Bd 8’, P 4’, Fl 4’, Nz 2’ 2/3, D 2’, Tc 1’ 3/5, Flajoulet 1’, Fourn III, Cymb III, Petit Cornet III, Cr 8’, Cr 4’ Grand-Orgue (48 notes, Do1 – Do5 sans Do#1) : Bd 16’, M 8’, Bd 8’, P 4’, Fl 4’, Nz 2’ 2/3, D 2’, QdNz 2’, Tc 1’ 3/5, Lg 1’ 1/3, Tierselette II, GFourn II, PFourn III, Cymb IV, Cn V, Tp 8’, VH 8’, Cl 4’ Écho (37 notes, Do2 – Do5) : Bd 8’, P 4’, Nz 2’ 2/3, D 2’, Tc 1’ 3/5, Cymb III, Cr 8’ Pédalier (18 notes) : Fl 8’, Fl 4’, Tp 8’ Rossignol, Tremblant à vent perdu Entre 1750 et 1760, l’orgue fut augmenté d’une trompette et d’un dessus de flûte 8’ au Grand Orgue et au Positif, d’un Clairon et d’un ravalement au fa pour les anches de Pédale, la tuyauterie fut décalée et l’orgue baissé d’un demi-ton. Ces travaux sont l’œuvre de Jean-Esprit Isnard et de Joseph Cavaillé qui avaient leur atelier dans le couvent. Par contrat du 18 décembre 1783, l’orgue fut restauré par Jean-Baptiste Micot, qui outre une remise à neuf de la soufflerie et des claviers, une restauration de l’ensemble du mécanisme, de la tuyauterie et une révision complète de l’harmonie, remplaça le clavier d’Écho par un clavier de Récit commençant au Sol2 et comportant un Prestant sans registre, un Cornet et une Trompette. Ces travaux seront achevés le 10 octobre 1784. C’est le même Micot qui transportera l’instrument dans la nouvelle église Saint-Pierre des Chartreux après l’avoir « augmentée… d’un plein jeu neuf en étain de Cornouailles de quatorze tuyeaux par touche » (rapport du 26 prairial an 4 dans lequel il jugera l’orgue comme étant « l’une des plus completes de cette contrée de l’harmonie la plus parfaite. » En 1850, l’orgue sera restauré et mis au goût du jour par Frédéric Jungk avec l’assentiment de l’organiste de Saint-Pierre, également facteur d’orgues, Auguste Montlezun. Eugène Puget relève l’orgue en 1880/81, puis en 1899, Jean-Baptiste Puget restaure l’instrument et transforme le positif (changement de jeux, réharmonisation, ajout d’un Principal 8’ neuf de 42 notes, appel d’anches…). En 1958, Maurice Puget effectue une tentative de retour vers l’orgue ancien et ses travaux seront inaugurés le 21 novembre de cette même année par Xavier Darasse, « Lauréat du Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris, avec un programme comprenant des œuvres de Bach, Clérambault, Dupré, Messiaën. » L’orgue sera finalement restauré par Gerhard Grenzing dans un programme visant à retrouver l’harmonie d’origine du XVIIe siècle. Ces travaux ont été inaugurés par Gaston Litaize, le 29 octobre 1983. Le Grand Orgue est classé Monument Historique pour sa partie instrumentale le 6 octobre 1969.