De Kathedraal van Luxemburg (Frans: Cathédrale Notre-Dame, Luxemburgs: Kathedral Notre-Dame, Duits: Kathedrale unserer lieben Frau) is de bisschoppelijke kerk van Luxemburg. Het was oorspronkelijk een collegiale kerk van de jezuïeten uit het begin van de 17e eeuw. Toen de jezuïetenorde in 1773 door de paus werd opgeheven, werd hun collegiale kerk de parochiekerk van de stad, met de naam Kerk van St. Nicolaas en St. Theresa.
Luxemburg was door de eeuwen heen nooit bisschopsstad geweest, maar had geressorteerd onder het bisdom Trier. Toen in 1866 de band tussen Luxemburg en de Duitse Bond verbroken werd, voelde men in Luxemburg een versterkte behoefte aan meer autonomie op kerkelijk gebied. In 1870 werd Luxemburg tot bisdom verheven. De 17e-eeuwse jezuïetenkerk werd toen kathedraal en bij die gelegenheid omgedoopt tot