La première mention d’un orgue est datée de 1419. Il aurait été construit par Arnaut, Jean de Pila et Pierre de Riu. En 1684, on le disait « entièrement ruiné et ne pouvant plus servir » et c’est alors que les marguilliers firent appel au facteur parisien Jean de Joyeuse pour la construction d’un orgue neuf qui sera installé en 1687. Celui-ci avait été nommé, en 1677, titulaire des orgues de la basilique Saint-Nazaire-et-Saint-Celse de Carcassonne.

En 1849, cet instrument est jugé en très mauvais état. Après le grand remaniement de l’église par l’architecte Eugène-Emmanuel Viollet-le-Duc, il faut étudier la mise en place d’un nouvel orgue.

Construit dans les ateliers d’Aristide Cavaillé-Coll, à Paris, le grand orgue est installé, entre janvier et décembre 1860, sur une tribune nouvellement construite pour le recevoir. Il est mis en place dans un somptueux buffet en chêne de style néogothique, commandé tout spécialement en 1857, au menuisier parisien Ronsin. Dessiné par Viollet-le-Duc, cet ensemble d’ébénisterie contient une série de sculptures de taille humaine surmontant tourelles et pilastres. Au centre, un magnifique archange Saint Michel terrassant le dragon et entouré de treize superbes statues d’anges musiciens. Toutes ces parties décoratives proviennent de l’atelier du maître-sculpteur Claude-Anthime Corbon. L’ancien buffet est réutilisé par Cavaillé-Coll pour l’orgue de la Collégiale Saint-Hippolyte de Poligny.

Dans une lettre datée du 14 octobre 1853 et adressée à monsieur Teisseire, organiste de la cathédrale, Aristide Cavaillé-Coll lui demande de faire un rappel auprès de l’évêque concernant la restauration de l’orgue, car aucune visite n’a été faite au ministère pour savoir si des fonds ont été alloués depuis que la proposition a été soumise. Dans une seconde lettre, le 25 novembre 1853, il informe monsieur Teisseire qu’il a obtenu le buffet d’orgue conçu par Boesvilivale et exposé à l’École des Beaux-Arts mais le dossier de la soumission pour l’orgue n’avance guerre entre les mains du ministère. Il recommande que l’évêque communique avec le ministre. Le 17 juin 1854, Cavaillé-Coll informe l’évêque que le buffet a été démonté et entreposé dans l’atelier du menuisier qui l’a construit. Il ne peut l’utiliser tant que le contrat ne lui sera pas accordé. Celui-ci sera officiellement accordé le 5 septembre 1854. L’instrument auquel il est fait référence dans la correspondance précédente, prévu pour Carcassonne, a été installé à Luçon. Un nouveau projet est alors mis de l’avant pour Carcassonne.

Au cours de la construction, le buffet du Positif est retiré par l’architecte ce qui amène des modifications importantes à la composition sonore des divisions du Positif et du Grand-Orgue. De plus, le buffet principal doit être agrandi pour y inclure toutes les divisions.

Dans une lettre datée du 18 juin 1856 et adressée au Ministre, Aristide Cavaillé-Coll l’informe que le projet pour Carcassonne est maintenant achevé et qu’il attend les instructions du ministère pour savoir les dates d’expédition et d’installation. Érigé par Léon Cavaillé et monsieur Schaff, puis harmonisé par Gabriel Reinburg, ce « grand seize pieds en montre » de trois claviers et 43 jeux, est finalement reçu et inauguré par Louis James Alfred Lefébure-Wély, le 24 décembre 1860. Le coût total a été de 59 800 francs.

Quelques années plus tard, l’orgue est endommagé par une accumulation de neige sur le toit. Les coûts de réparation sont estimés par Vincent Cavaillé-Coll à 12 000 francs. Le projet dort jusqu’en 1878 alors qu’un nouvel estimé est préparé par Aristide Cavaillé-Coll. Les travaux sont alors exécutés et reçus en décembre 1880.

Cet instrument est restauré par Maurice Puget en 1929 et de nouveau en 1937. En 1963, le facteur Edmond Costa restaure l’instrument tout en le modifiant dans le style néo-classique.

Classé « Monument historique » en avril 1993, il a fait l’objet d’une restauration complète, en 1998, conduite avec beaucoup de soin par la Manufacture languedocienne de grandes orgues, de Lodève. L’harmonie, confiée à Charles Sarelot, a été restituée dans le plus grand respect de celle désirée à l’origine par Cavaillé-Coll. Sans trahir toutefois ce dernier, l’étendue des claviers est maintenue à 56 notes et celle de la pédale à 30 notes.
Le jeu de Grand Cornet, ajouté par Costa en 1963 au clavier du Grand Orgue et qui n’altérait en rien le caractère de l’instrument du Cavaillé-Coll, a été conservé.