La basilique Notre-Dame de Montréal qui dresse fièrement ses deux tours sur le côté sud de la Place d'Armes est la propriété de la Fabrique de la paroisse Notre-Dame depuis 1693 alors que les prêtres de Saint-Sulpice lui cédaient la première église. Instituée en 1657, la paroisse Notre-Dame fut, jusqu'en 1865, la seule paroisse catholique de Montréal. Les sulpiciens firent construire six églises dans les différents quartiers de Montréal, mais l'église Notre-Dame demeura toujours leur joyau.
La première église Notre-Dame fut construite à partir de 1672 sur un emplacement déterminé par Dollier de Casson, dans l'axe de la rue Notre-Dame sur l'actuelle Place d'Armes. Peu à peu l'église ne suffit plus à répondre aux besoins de la population. La fabrique de la paroisse envisagea donc, au début du XIXe siècle la construction d'une nouvelle église. L'argument en faveur d'un besoin d'espace ne fut pas le seul invoqué pour mousser le projet. La construction de la cathédrale Saint-Jacques sur la rue Saint-Denis, projet mis en branle par l'évêque auxiliaire, Mgr Jean-Jacques Lartigue, fournit aussi un autre argument en faveur de l'édification d'une nouvelle église, les sulpiciens voulant éviter à tout prix le morcellement de la paroisse Notre-Dame. De plus, à la suite de la construction par les autorités britanniques du Palais de justice sur la rue Notre-Dame on jugeait important d'édifier un monument qui rappellerait sans équivoque la présence canadienne-française et catholique à Montréal
Le projet de construction fut confié à l'architecte new-yorkais d'origine irlandaise James O'Donnell à qui on demanda de réaliser la plus vaste et la plus belle église d'Amérique du Nord. O'Donnell arriva à Montréal en octobre 1823 et proposa un projet aux marguilliers qui l'acceptèrent rapidement.
Le style gothique fut retenu pour l'église comme c'était alors de plus en plus souvent le cas aux État-Unis. Ce style trouvait ses racines au Moyen-Âge et était facilement reconnaissable par les arcs en forme d'ogive. Il contrastait fortement avec le néo-classicisme (inspiré de l'Antiquité), teinté des traditions de la Nouvelle-France, alors très dominant ici. Le projet de Notre-Dame représentait ainsi une première grande avancée montréalaise dans la mouvance néo-gothique, en voie de devenir un des grands courants stylistiques du XIXe siècle. La théorie et les règles allaient en être définitivement établies en Europe au cours des années 1840.
En mai 1824, les travaux débutèrent. Jusqu'à la fin des travaux, la première église fut conservée. On la démolit finalement en 1830, mais son clocher ne disparut qu'en 1843 lorsque les tours de la nouvelle église furent complétées. O'Donnell oeuvra à la fois comme architecte et intendant de la construction. Il surveillait tout et s'assurait que ses ordres étaient bien exécutés. Jusqu'à 250 ouvriers participèrent aux travaux durant la période estivale. La main-d'œuvre, qualifiée ou non, ne manquait pas, mais tous les matériaux nécessaires à la construction de l'église, à l'exception de la pierre de taille fournie principalement par John Redpath, étaient commandés à l'extérieur de Montréal.
