Forteresse destinée à protéger les reliques des saintes en cas d'incursion des Sarrasins : la chapelle haute forme un donjon, entouré, à la base, d'un chemin de ronde et surmonté d'une plateforme crénelée. On accède au toit de l'église par un escalier de 53 marches. De là, vue sur la mer, les toits de la ville et les étangs. À l'intérieur (3e travée à gauche) est placée la barque des saintes Maries, portée en procession lors des pèlerinages. Dans la chapelle haute, ornée de boiseries Louis XV, se trouvent les châsses des deux saintes Maries.