A la suite de la Révolution, l'ancienne chapelle abbatiale Saint-Vaast fut érigée en cathédrale en 1833 pour remplacer Notre-Dame, tout en conservant les deux vocables. Il s'agit d'un vaste édifice classique, bâti par Contant d'Ivry dans la seconde moitié du 18e siècle. La façade présente deux étages de colonnes corinthiennes surmontés d'un fronton triangulaire, et précédés d'un escalier monumental appelé les "Grands Passés". L'ordre corinthien couvre aussi tout le pourtour de l'intérieur de l'édifice, contribuant à lui donner une grande harmonie architecturale. Le bras nord abrite deux triptyques du 16e siècle dus à de Jean Bellegambe représentant L'adoration de l'Enfant et Le Christ aux bourreaux. Dans les collatéraux ont été placées des statues de saints commandées pour le Panthéon en 1879 à des sculpteurs en vue : Emmanuel Frémiet, Paul Dubois, François Jouffroy. Entre 1922 et 1933, elles ont été transférées dans la cathédrale, dénuée de tout mobilier depuis un incendie survenu en 1915.