Die kleine ursprüngliche Kapelle, die der Heiligen Jungfrau Maria - "Notre Dame" - gewidmet war, wurde zunächst von den Jesuiten betrieben. Dann kamen die Sulpizierpatres, die 1657 den Bau einer größeren Kirche in Angriff nahmen. Der Sulpizier François Dollier de Casson war ihr Architekt, und die heutige Straße Notre-Dame diente als ursprünglicher Standort. Der Bau im Barockstil wurde zwischen 1672 und 1683 abgeschlossen. Um 1800 war Dolliers Kirche zu klein geworden, und die Fabrique beschloss den Bau der heutigen Kirche. Für den Entwurf der neuen Kirche beauftragte der Bauausschuss den New Yorker Architekten James O'Donnell, der selbst aus Irland stammte. O'Donnell und die Fabrique entschieden sich für den Stil des Gothic Revival, der damals in England und den Vereinigten Staaten in Mode war. Die Hauptbauarbeiten fanden zwischen 1824 und 1829 statt. O'Donnell erlebte die Fertigstellung seines Werks nicht mehr. Er starb 1830 in Montreal. Kurz vor seinem Tod war er zum Katholizismus konvertiert und wurde in der Krypta der neuen Kirche beigesetzt, wo sein Grab durch eine Gedenktafel gekennzeichnet ist. Die alte, von der Straße zurückgesetzte Kirche wurde im Sommer 1830 abgerissen, mit Ausnahme ihres Glockenturms, der bis 1843 erhalten blieb, als die Zwillingstürme der Basilika Notre-Dame von dem Architekten John Ostell fertiggestellt wurden. Der westliche Turm, der 1841 fertiggestellt wurde, trägt den Namen Persévérance (Ausdauer) und beherbergt die große Glocke Jean-Baptiste" mit einem Gewicht von 11 Tonnen (11.000 Kilogramm). Der Ostturm mit dem Spitznamen La Tempérance (Mäßigung) wurde 1843 fertiggestellt und beherbergt ein Glockenspiel mit 10 Glocken. 1889 beauftragte Pfarrer Léon-Alfred Sentenne die Architekten Perreault und Mesnard mit dem Bau einer Kapelle, die Zeremonien für kleinere Gemeinden, wie Hochzeiten und Beerdigungen, beherbergen sollte. Die Kapelle Notre-Dame du Sacré-Cœur, die am 8. Dezember 1891, dem Tag der Unbefleckten Empfängnis, eingeweiht wurde, wurde im neugotischen Stil erbaut und ist reich an bildhauerischen Motiven. Leider wurde die Kapelle am 7. Dezember 1978 durch einen Brand schwer beschädigt. Der Wiederaufbau wurde vom Architekturbüro Jodin, Lamarre, Pratte and Associates durchgeführt, dessen Plan vorsah, die ersten beiden Stockwerke mit der ursprünglichen Kapelle identisch wieder aufzubauen, wobei erfahrene Zimmerleute, Bildhauer und Holzarbeiter traditionelle Methoden anwandten. Das Gewölbe wurde in einem modernen Stil gebaut, der eine natürliche Beleuchtung ermöglicht. Die neue Kapelle wurde 1982 eingeweiht. Stilistisch unterschied sich das Innere der Kirche in den ersten Jahren stark von ihrem heutigen Erscheinungsbild. Die Wand am Ende des Altarraums war flach und wurde durch ein großes Fenster erhellt, wie es in der englischen Gotik üblich ist. An dieser Wand hingen sechs Gemälde aus der alten Kirche. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wurde der Hochaltar der alten Kirche in den neuen Altarraum verlegt. Dieser Altar steht heute an der Westwand der Seitenkapelle, die der Heiligen Marguerite d'Youville geweiht ist. Im Kirchenschiff wurden die Säulen bemalt, um einen realistischen Eindruck von geädertem Marmor zu vermitteln. Diese Arbeit wurde von einem italienischen Künstler aus New York, Angelo Pienovi, ausgeführt. Zwischen 1870 und 1900 wurde die zweite Phase der Ausschmückung der Kirche von Pfarrer Victor Rousselot und Victor Bourgeau, dem aktivsten Architekten Quebecs in dieser Zeit, durchgeführt. Rousselot war auf einer Reise durch Frankreich tief beeindruckt vom Stil und der Symbolik der Sainte-Chapelle in Paris, die er Bourgeau als Inspirationsquelle vorschlug. Die gewählten blauen und goldenen Farben, die vergoldeten Blätter im Gewölbe und an den Säulen erinnern besonders an die Sainte-Chapelle. Diese polychrome Dekoration besteht vollständig aus geschnitztem Holz.