Die Basilika Notre-Dame ist eine römisch-katholische Kirche in der französischen Stadt Gray in der Region Bourgogne-Franche-Comté. Die Pfarrkirche des Erzbistums Besançon hat den Rang einer Basilica minor. Die Liebfrauenkirche wurde im 15. und 16. Jahrhundert im Übergang von der Gotik zur Renaissance erbaut. Seit 1641 beherbergt sie das Herz des hl. Pierre Fourier und seit 1802 die wundertätige Statue von Notre-Dame de Gray. Daraufhin wurde sie am 16. Juli 1948 von Papst Pius XII. in den Rang einer Basilica minor erhoben. Seit dem 18. April 1988 steht die Basilika als Monument historique unter Denkmalschutz.