En 1609, un incendie dévasta le chœur de la cathédrale et détruisit les cinq orgues donnés en 1463 par l’archevêque Bertrand du Rozier. Cet ensemble extraordinaire, placé sur le jubé, se composait d’un grand orgue placé au centre, derrière un positif, ce grand orgue était lui-même surmonté d’un troisième orgue de petite dimension. De part et d’autre de cet ensemble se trouvaient les deux autres orgues. Les trois instruments du centre étaient réservés à l’usage exclusif du Chapitre de la cathédrale, les deux autres à celui des confréries.

Le 8 août 1612, un marché est passé entre Antoine Lefèbvre, « Maître organiste habitant Tolose », et le chapitre de la cathédrale pour la reconstruction de l’orgue du chœur, pour la somme de 9.000 livres. Le lendemain, un second marché est conclu entre Antoine Lefèbvre et J. Behorri, maître menuisier, pour la réalisation du buffet, pour un montant de 3.000 livres.

L’orgue comprenait 28 jeux répartis sur 2 claviers et pédale. Il sera par la suite considérablement augmenté, suite aux travaux de Jean de Joyeuse en 1677, Montbrun en 1738, Lépine en 1761, puis Micot en 1772 et Rabiny en 1787.
L’inventaire des orgues de Toulouse réalisé par Jean-Baptiste Micot en 1796 nous en donne la composition :

I – Positif (50 notes : Do1 – Ré5 sans Do#1) : M8’, B8’, P4’, Nz 2’ 2/3, D2’, Tc 1’ 3/5, Lg 1’ 1/3, PJ VI, Tp8’, Cr8’.
II – Gd-Orgue (50 notes : Do1 – Ré5 sans Do#1) : M16’, B16’, M8’, B8’, GNz 5 1’/3, P4’, GTc 3’ 1/5, Nz 2’ 2/3, D2, Quarte de Nz 2’, Tc 1’ 3/5, PJ IX, Gd Cornet V, Bb16’, Tp8’, VH8’, Cl4’.
III – Récit (32 notes : Sol2 – Ré5) : Cornet V, Tp8’, Hb8’.
IV – Écho (37 notes : Ré2 – Ré5) : Cornet V
Pédale (25 notes : Do1 – Do3 avec Do#1) : Fl 16’, Fl 8’, Fl 4’, Bb16’, Tp8’, Cl4’.
Tremblant doux.

Micot nous indique que « le jeu de Hautbois [est] le meilleur qui soit dans tous les Orgues de la République. »
L’orgue eut à subir ensuite divers travaux de nettoyage et de transformation et fut finalement ruiné par les Frères Claude en 1838. Dix ans plus tard, Aristide Cavaillé-Coll présente un devis de reconstruction complète avec réutilisation d’une grande partie du matériel ancien.

L’orgue sera réceptionné en 1852 par Alfred Lefébure-Wély :

I – Positif (54 notes) : M8’, Bd8’, Sal8’ (ou Gb8’), P4’, Sal4’, Nz 2’2/3, D2’, PJ V, Tp8’, Cr8’, Cl4’.
II – Gd-Orgue (54 notes) : M16’, B16’ M8’, B8’, Fl. Harm. 8’, V. de Gb 8’, P4’, Fl. Oct. 4’, V. de Gb 4’, Q 2’2/3, Octavin 2’, Fourn V, Cymb IV, Cornet V, Bb16’, Tp8’, Euph. 8’, Cl4’.
III – Récit expressif (54 notes) : Fl. Harm. 8’, V. d’amour 8’, V.Cél. 8’, Fl. Octav. 4’, Gb 4’, O2’, Tp Harm. 8’, Ba-Hb 8’, VH 8’, Cl. Harm. 4’.
Pédale (25 notes) : Fl16’, Fl8’, Fl4’, Bb16’, Tp8’, Cl4’.
Pédales de combinaison : Tirasse GO ; Anches Pédale ; Anches GO basses, basses et dessus, dessus ; Anches Récit basses, basses et dessus, dessus ; Octaves graves ; Pos/GO ; Réc/GO ; Trémolo Récit ; Expression Récit.

En 1868, des travaux sont effectués par Vincent Cavaillé-Coll ; en 1878/79, l’orgue est restauré par Eugène Puget qui apporte un certain nombre de transformations dont l’application d’entailles de timbre sur 443 tuyaux. L’instrument sera à nouveau restauré en 1947 par Maurice Puget.

En 1970, l’orgue est en grand état de délabrement. A l’initiative de Xavier Darasse, rapporteur de la Commission supérieure des Monuments Historiques, et avec le concours de Claude Aubry, technicien conseil et du Père Philippe Bachet représentant l’organiste titulaire Renée Darasse-Laroyenne, un projet de reconstruction, utilisant l’ensemble de la tuyauterie ancienne conservée ainsi qu’une partie des apports du 19ème siècle, est étudié avec le facteur Alfred Kern de Strasbourg. Les travaux, commencés en 1973, s’achèveront en 1976.
« Avec ses 47 jeux sur quatre claviers et pédalier, l’orgue de la cathédrale Saint-Etienne de Toulouse a retrouvé sa physionomie première, sa substance ancienne revitalisée par les apports nouveaux. (Xavier Darasse). »

Le Grand Orgue est classé Monument Historique, pour son buffet, le 19 mars 1971.