Pare che la presenza di una chiesa mariana nella città risalga al secolo VI, prima che Losanna divenisse la sede diocesana della Svizzera francese. Il culto per tale santuario diventò quanto mai radicato nella città e in tutto il cantone di Vaud. La chiesa andò distrutta in un furioso incendio all'inizio del 1200. Per ricostruirla si organizzarono delle collette nei territori vicini portando in processione le reliquie e l'immagine del santuario: ciò ne rese ancor più popolare il culto. All'inaugurazione della nuova cattedrale, avvenuta nell'ottobre del 1275, erano presenti, con il loro seguito, il papa Gregorio X e l'imperatore. Durante il periodo della Riforma, Losanna non riuscì a respingere l'esercito dei cantoni protestanti e così la cattedrale venne occupata dal nemico: gli altari furono demoliti, le statue abbattute e l'ingente tesoro, comprendente l'immagine mariana in argento dorato, fu confiscato e portato a Berna. I cattolici di Losanna, ridotti a una vita da catacombe, non persero la memoria del santuario e appena fu possibile ne edificarono uno nuovo, collocandovi una copia dell'antica immagine: ciò poté avvenire solo nel 1835. Nel corso dei restauri compiuti ultimamente nell'antica cattedrale è stata collocata in una vetrata una immagine mariana.