Coeur spirituel de la ville, l'Eglise Notre-Dame abrite depuis 1856 la Chapelle des Marins et la Statue de la Vierge à l'Enfant que le moine Thomas Illyricus découvrit sur la plage d'Arcachon en 1519.

L'histoire est belle, et a traversé les siècles.
Né en Illyrie, sur les bords de l'Adriatique, le moine franciscain Thomas Illyricus officia d'abord en Italie, puis en France, dans les villes de Toulouse, Agen et Bordeaux, avant que sur ordre de sa hiérarchie, il fut finalement contraint de se retirer en ermite sur le Bassin d'Arcachon. C'est lors de l'une de ses promenades solitaires sur les rives du Bassin qu'il aurait soudain aperçu deux navires en perdition. S'étant aussitôt agenouillé pour prier, il aurait été entendu puisque les flots se calmèrent et que les marins furent sauvés. Si cette partie du récit ressort peut-être de la légende, toujours est-il que le moine découvrit sur la plage où il avait assisté à la scène une sculpture d'albâtre représentant la Vierge et l'Enfant Jésus. Recueillant précieusement la statue dont la mer avait effacé les couleurs, le moine décida de lui ériger une chapelle en bois.

Ce sanctuaire primitif fut remplacé par une chapelle en pierre vers 1564, puis par un édifice plus vaste de style baroque en 1722. Devant l'afflux des pèlerins toujours plus nombreux, on décida finalement de construire une église autour de la Chapelle en 1856. L'église Notre-Dame d'Arcachon, qui devint plus tard basilique par la volonté du pape Pie XII, dut à son tour être agrandie en 1883.

Le premier curé qui reçu la charge d'y officier fut l'abbé Mouls. Il fut un personnage controversé. Erudit et attachant pour les uns - il créa la Société Scientifique d'Arcachon en 1863, et mit également en lumière le rôle que joua Guillaume Desbiey dans les travaux de fixation des dunes face à la gloire alors sans partage de Nicolas Brémontier - il apparut comme un individu détestable à d'autres, qui l'accusèrent de passer son temps à semer la discorde pour servir ses propres intérêts. Toujours est-il que l'évêché décida d'écarter cette personnalité ambiguë de l'église Notre-Dame et de sa paroisse en 1869.

L'Eglise Notre-Dame et la Chapelle des Marins sont honorées chaque 25 mars, jour de l'Annonciation et fidèles à la tradition, de nombreux marins continuent tous les ans à demander protection à la Vierge et à l'Enfant.