En el año 1472, la estatua en el santuario de la Virgen de Cambrai fue dedicada por Peter de Ranchicourt, el obispo de Arras. La estatua en el santuario es conocida como Notre Dame de Grace et Cambrai, o Nuestra Señora de Gracia en Cambray, y es una imagen famosa y popular de la Virgen. Se representa a María de pie encima de un globo, con las manos hacia abajo a sus lados para que la gracia puede caer de sus dedos sobre sus hijos.
También hay un icono milagroso de la Virgen sosteniendo a su Divino Niño en un tierno abrazo. La imagen se dice que ha llegado a Cambray de Roma en 1440, y que se atribuye a San Lucas, el apóstol. Este icono es también conocido como la Virgen de Gracia, y es considerada la patrona de Cambray.
El icono fue coronado en el año 1894, y se lleva por las calles de Cambray en procesión en la víspera de la asunción cada año.
Esta iglesia fue construida en honor de la Virgen en el año 524. Esta primera iglesia fue reducida a ruinas por los normandos en el año 882. Unos años más tarde fue reconstruida por Dossilon, vigésimo primer obispo de Arras, en el año 890. Después de haber sido quemados otra vez en los años 1064 y 1148, fue reconstruido más tarde en el mismo siglo.
Durante la Revolución francesa la iglesia fue destruida, aunque la iglesia abacial se dejó en paz pero fue profanada . La estructura actual fue construida durante los años 1696 a 1703 sobre el solar de la antigua iglesia.
Esta iglesia también fue dañada por un incendio en 1859, fue restaurada y consagrada en 1894, y fue severamente dañada durante la Primera Guerra Mundial, y de nuevo en la Segunda Guerra Mundial.
La Paix des Dames, o Paz de las Mujeres que puso fin a la guerra entre España y Francia en el año 1529, se firmó en Cambray el 5 de agosto. La catedral es ahora un monumento nacional.
Como en muchos de sus santuarios, Nuestra Señora de Cambray aquí también otorgó gracias y favores milagrosos y respuestas a las oraciones sobre sus devotos
| Vista de una imagen de la Virgen proveniente de la Antigua Catedral |

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