Édifié en 1617 et agrandit en 1685, cet orgue fait parti des plus anciens de Franche-Comté.
Le buffet d'orgue, imposante œuvre en chêne du XVIIe siècle est porté par un atlas.
Chaque panneau, séparés par des atlantes, est orné d'un médaillon : au centre, le Christ remettant les clefs à Saint-Pierre, à droite, Sainte-Cécile à l'orgue, et à gauche, le Roi David jouant de la harpe.
Le mécanisme comporte 44 jeux et 3 137 tuyaux.

Vous pouvez toujours entendre l’orgue résonner dans la basilique lors des concerts organisés pas les amis de l’orgue de Luxeuil-les-Bains et l’association les 15h non stop de l’orgue.