Construida en sillería, está organizada como iglesia de peregrinación con planta de cruz latina. Consta de tres naves, capillas entre los contrafuertes, doble crucero, cabecera ochavada de cinco paños y girola con capillas. El ábside conserva una capilla circular que responde al más puro estilo románico y que es de los pocos restos que han sobrevivido al primitivo templo. Cuenta además con coro bajo, sacristía de 1602 y claustro del siglo XIV. La portada principal se abre al sur y se compone de tres cuerpos.

En el interior del templo se encuentra el sepulcro de Santo Domingo, en el brazo del crucero al lado de la epístola y frente al gallinero (que contiene un gallo y una gallina vivos, que recuerdan el milagro del Camino de Santiago). Bajo el sepulcro se halla una cripta con relieves empotrados de San Juan Evangelista y un muestrario de obras que abarca desde el siglo XIII hasta el XV. La Catedral posee además una torre de 70 metros que tiene la peculiaridad de ser exenta, está separada de la catedral.

Del interior de la iglesia destaca su retablo mayor, de nueve metros de ancho y trece metros de altura, una de las joyas de la escultura española. Este maravilloso retablo no se encuentra en la actualidad en su ubicación original. Tras su restauración en los años noventa se decidió colocarlo en brazo norte del crucero, para poder así disfrutar de los elementos románicos de la Capilla Mayor. La restauración del retablo permitió descubrir excelentes relieves y capiteles del siglo XII que habían permanecido ocultos tras él desde hace más de cuatro siglos.

Entre ellos destaca un relieve de David, representado como rey cantor. La restauración también ha dejado al descubierto la decoración de las pilastras que conforman la Capilla Mayor donde se observan motivos vegetales y representaciones historiadas de los santos evangelios como un "Árbol de Jesé", en el que encontramos la figura de la Virgen María, Crismón y una trinidad. Estos símbolos se complementan con los capiteles de la Vírgenes prudentes (con sus candiles encendidos hacia arriba) y la Vírgenes Necias ( con sus candiles hacia abajo, apagados) y los 24 Ancianos del Apocalipsis.