Dédiée à l’Immaculée Conception de la Vierge Marie, cette chapelle illustre la ferveur du culte marial en Roussillon. Soutenue par les rois d’Aragon, la croyance en l’Immaculée Conception est célébrée à partir de 1340 dans le diocèse d’Elne et reconnue officiellement en 1854 comme un dogme de l’Eglise catholique. En 1573 et jusqu’à la Révolution, la chapelle accueille la confrérie de Notre-Dame-de-la-Conception avant de devenir le siège du culte paroissial. Elle est agrandie en 1575 d’un espace voûté en berceau qui s’étend jusqu’au mur du fond. Ornée en 1703 d’un monumental retable baroque puis de deux tableaux commandés dans les années 1760 et de marqueteries en marbre à motifs géométriques, elle est aussi l’objet d’un vaste programme de décoration à la fin du XVIIIe siècle. Cet ensemble comprenant des peintures murales et des tableaux de chevalet signés du peintre Jacques Gamelin (1738-1803) est l’unique décor pré-révolutionnaire à avoir été préservé en intégralité dans la cathédrale.

Peintre de sujets religieux, de batailles et de scènes de genre, Jacques Gamelin fait son apprentissage auprès de Pierre Rivalz, un des fondateurs de l’Académie royale de Toulouse, puis dans l’atelier parisien du peintre d’histoire Jean-Baptiste Deshays. Soutenu par son mécène, le baron de Puymaurin, mais marqué par plusieurs échecs au Grand Prix de l’Académie royale de peinture, il séjourne plusieurs années à Rome où il étudie les œuvres antiques et les tableaux de maîtres. Après sa réception à l’Académie de saint Luc comme peintre de batailles et son retour en France dans les années 1770, il est nommé directeur des cours de dessin à la Société des Beaux-Arts de Montpellier entre 1780 et 1783. Installé ensuite à Narbonne, il s’engage en 1793 dans l’armée révolutionnaire des Pyrénées-Orientales lors de la guerre du Roussillon et peint une série de tableaux représentant les victoires françaises. 
Outre le décor de la chapelle de l’Immaculée-Conception à la cathédrale, Jacques Gamelin se voit confier d’autres commandes à Perpignan tels que les décors peints de l’abside de la chapelle du Tiers-Ordre des Dominicains.

La chapelle a bénéficié d’une restauration globale entre 2008 et 2009 avec des interventions portant à la fois sur les peintures murales, le retable et les marqueteries. Très encrassés et souffrant de différents problèmes de conservation, les décors de Jacques Gamelin ont alors retrouvé leur authenticité. Cette campagne a également permis d’apprécier plus en détail la technique employée par le peintre, qui diffère selon les espaces traités. En effet, les peintures des parties hautes présentent un rendu plus transparent et plus léger.