Le beffroi, aujourd'hui classé patrimoine mondial de l'Unesco, était autrefois le clocher de l'église Saint-Martin, le reste de l'édifice ayant disparu à la Révolution française. Symbole des libertés communales, ce beffroi assurait également la sécurité de la ville. Des guetteurs, nuit et jour, surveillaient la cité et prévenaient au son du tocsin l'arrivée des ennemis ou l'amorce d'incendies.
Les parties les plus anciens de ce bâtiment remontent à 1474 et s'élèvent du soubassement à la hauteur de la corniche. Épaulée de larges contreforts, la première chambre des cloches s'ouvre sur des baies triplées en arc brisé de style gothique. Depuis 1736, cette tour a été surélevée d'un autre niveau de style classique dans laquelle s'ouvre la seconde chambre des cloches. Cette partie est surmontée d'un tambour où se trouvait la salle de guet, le tout étant coiffé d'un dôme et d'un lanternon. Quatre sculptures réalisées en béton moulé par Marcel Gaumont après la Première Guerre mondiale évoquent les périodes historiques de la ville. On y remarque un guerrier franc ; un arbalétrier symbolisant la milice communale ; Louise de Savoie, mère de François Ier, ayant signé à Cambrai le Traité de la Paix des Dames et le chevalier de Cezen, premier gouverneur de la ville devenue française.
L'entrée du beffroi présente un décor sculpté dû à René Faches. La partie centrale porte les armes de Cambrai, surmontées de saint Martin partageant son manteau pour l'offrir à un miséreux. Ces sculptures évoquent la dualité civile et religieuse de ce beffroi.