L'histoire de la cathédrale Notre-Dame remonte à la fondation d'un prieuré dépendant de l'abbaye bénédictine de Noirmoutier. Avant l'année 1040, le monastère prend le titre d'abbaye et, lors de la création de l'évêché de Luçon en 1317, il en devient le siège, son abbatiale ayant désormais le statut de cathédrale. A plusieurs reprises - en 853, 877 et 1068 - l'église est dévastée. Suite à l'incendie de 1068, elle est reconstruite et sa consécration a lieu le 19 avril 1121. On peut encore observer certaines parties de l'église du XIIe siècle. D'une part, il s'agit du bras nord du transept, plus précisément sa façade, le mur ouest et un chapiteau intérieur ; toutefois, la façade n'est pas homogène et sa partie basse, avec ses tympans historiés remployés serait, selon Michel Dillange, un placage en surépaisseur de la fin du siècle. D'autre part, il s'agit des parties hautes de la façade du bas-côté nord de la nef, seulement visibles des combles des chapelles latérales. Pour dater la reconstruction de l'église gothique, nous nous appuierons sur l'analyse stylistique établie par Yves Blomme, les sources manquant pour cette période. Selon l'historien, la nef actuelle date d'une campagne de travaux à la limite du XIIIe et du XIVe siècles, sans oublier les réfections postérieures aux guerres de Religion. Quant aux deux chapelles orientées des bras nord et sud du transept, elles datent du XIIIe siècle mais, au cours du XVe siècle, celle du bras sud a été divisée en deux niveaux par une voûte intermédiaire et pourvue d'un escalier en vis. La datation du chœur a longtemps posé problème. Certains le dataient de l'épiscopat de Pierre de la Voyrie (1317-1333), suite à l'interprétation erronée des armoiries visibles dans la troisième travée. Après avoir envisagé la fin du XIVe siècle, René Crozet pensait pouvoir attribuer l'œuvre à l'épiscopat d'André de la Roche (1451-1462). Enfin, un texte découvert par l'abbé Delhommeau tendrait à repousser les travaux à la fin du XVe siècle ; il s'agit d'une bulle émise par Sixte IV en 1481, faisant allusion à la récente chute du clocher de la croisée et à la ruine partielle de l'édifice. Les deux dernières hypothèses - proposant une datation du chœur au cours de la seconde moitié du XVe siècle - sont actuellement les seules recevables. Du XVe siècle, datent également la sacristie - dont la construction était spécifiée dans le testament de Jean de Fleury, en 1441 - ainsi que les deux chapelles nord les plus à l'est. La consécration de cette église eut lieu le 3 octobre 1523, sans lien direct avec l'achèvement de travaux. L'œuvre de la Renaissance consiste en la construction des cinq chapelles au sud de la nef, sous l'épiscopat de Miles d'Illiers (1527-1552), également commanditaire de l'aile ouest du cloître ; l'une des chapelles porte la date 1548 sur une clef de voûte. Le chantier suivant est celui des réparations, après les lourds dégâts commis pendant les guerres de Religion : en 1562 où les images sont détruites, en 1568 où l'église est quasiment ruinée, enfin en 1622 où elle est à nouveau pillée et ruinée par les troupes de Soubise. Cependant, ces travaux de réfection sont difficiles à estimer et à observer sur place, en particulier après les grandes campagnes du XIXe siècle. Nous savons par les textes qu'en 1665, le clocher-porche s'effondra, entraînant la chute de la première travée de la nef. En 1670, un marché est bien passé pour couvrir un clocher d'ardoise et de plomb, mais il s'agit cette fois du clocher de la croisée. La reconstruction du massif occidental - avec une façade à ordres superposés et une flèche de style gothique - comme celle de la première travée de la nef est l'œuvre de l'architecte François Le Duc, dit Toscane, au cours du dernier quart du XVIIe siècle ; faute de marchés ou de documents anciens, cette attribution se base, d'une part sur le témoignage de La Fontenelle de Vaudoré (héritier des notes de l'abbé de Beauregard), d'autre part sur l'analyse stylistique, c'est-à-dire la présence de l'architecte en Vendée à ce moment et la comparaison avec ses œuvres connues, Saint-Maixent et Celles-sur-Belles en particulier.. Les archives nous apprennent que le principal commanditaire de cette campagne est Mgr de Barillon, évêque de 1671 à 1699 (dont les armes figurent sur la première travée de la nef), suivi de Mgr de Lescure, évêque de 1699 à 1723, qui achève rapidement l'entreprise de son prédécesseur ; ainsi, dans la légende du plan de Luçon en 1704, Claude Masse précise que ces travaux étaient terminés en 1702. L'autre réalisation de Mgr de Lescure - due, celle-ci, à sa seule initiative - est, de 1721 à 1724, la construction des trois chapelles nord les plus à l'ouest, dans un style que l'on peut qualifier de néo-gothique. Le dernier grand chantier de la cathédrale avant la Révolution est, autour de 1770 et à l'initiative de Mgr Jacquemet, le nouvel aménagement du chœur - après destruction du jubé - et celui des chapelles ; toutes les œuvres conservées et relevant de cette vaste campagne sont étudiées dans la base Palissy. A la Révolution, la cathédrale est tout d'abord affectée au culte constitutionnel, puis sert de caserne, d'écurie et d'arsenal. Lors du rétablissement de l'évêché en 1821, les besoins sont immenses. Le premier grand chantier est la reconstruction de la flèche - avec l'adjonction d'un tambour à la base - d'après le second projet d'Amable Macquet, dressé en 1827. Les travaux sont exécutés par l'entrepreneur luçonnais Jean Ballereau, sous la direction de l'architecte départemental Charles Vétault ; une inscription à la base de la flèche rappelle que la première pierre en fut posée par la duchesse de Berry, en 1828. Notons que, lors de l'examen du projet, une discussion eut lieu sur le manque de concordance stylistique entre le portail classique et la flèche gothique, l'un et l'autre vivement critiqués ; on envisagea même de ne pas reconstruire la flèche - projet auquel s'opposèrent l'évêque et le préfet. Vers 1835, la chapelle paroissiale est agrandie par Jean Ballereau, sans autorisation préalable, en ouvrant un arc dans le mur séparant les deux chapelles voisines du croisillon nord. Peu après, de 1836 à 1838 environ, les huit piliers de la nef sont repris sous la direction de Charles Vétault. Bien d'autres projets seront fournis par la suite, mais c'est la nomination d'Emile Boeswillwald au poste d'architecte diocésain, en 1846, qui donne lieu à un projet complet de restauration du monument. Tout en l'approuvant, Mgr Baillès et le préfet jugèrent ce projet insuffisant et firent des demandes supplémentaires ; en particulier, comme Mgr Soyer l'avait déjà proposé en 1839, Mgr Baillès demanda une abside avec absidioles, au lieu du chevet plat. Les discussions autour de ce vaste projet furent ajournées début 1847, en raison d'un ouragan ayant entraîné la chute partielle de la flèche, endommagé les deux premières travées de la nef et la tribune d'orgues. Ces dégâts ont été réparés par Emile Boeswillwald, qui procède également à des travaux d'assainissement jugés urgents. Début 1857, Juste Lisch est nommé architecte diocésain, après l'intérim de l'inspecteur diocésain Louis Boirel, de 1853 à 1856. La même année, Lisch envisage la restauration des chapelles sud, reprenant un projet de Boeswillwald ; la réfection des chapelles fut effectuée durant l'épiscopat de Mgr Colet (1861-1874), comme le montrent ses armoiries dans la deuxième chapelle. Vers les mêmes années, plus précisément de 1864 à 1868, les cinq chapelles nord sont restaurées, toujours sous la direction de Juste Lisch. En 1861, celui-ci avait présenté un projet plus ambitieux que celui qui fut exécuté ; outre la réfection des chapelles (en ramenant les deux dernières au niveau des trois autres), il comprenait notamment la réfection de l'ensemble des toitures de l'église avec leur pente d'origine. Le projet de Lisch concernant les toitures est remis à l'ordre du jour en 1906 par l'architecte diocésain Georges Balleyguier, mais là également il est laissé sans suite. En revanche, entre 1905 et 1912, Balleyguier réalisera d'importants travaux. Tout d'abord, il reprend les piliers de la croisée en rétablissement la partie inférieure des colonnes engagées, remplacées par des culs-de-lampe au XVIIIe siècle ; ensuite, il refait le pavage du chœur et, à cette occasion, redécouvre une crypte ; enfin, il restaure la chapelle orientée nord et la tourelle d'escalier qui la flanque.