Este magnífico monumento consta de tres naves con capillas adosadas y esbeltas bóvedas. Su interior produce una sensación de enorme altura gracias a sus pilares sin capiteles. La cabecera, de gótico florido español, se muestra verticalizante, con pináculos y finos contrafuertes de gran sencillez, y con una ornamentación hoy desaparecida o nunca terminada que no sobrecarga la visión del conjunto. Sobre este cuerpo, la imagen de Pedro Mato, un acaudalado maragato, el cual se ha convertido en una de las insignias de la ciudad.

La fachada occidental y sus dos torres terminaron de construirse a principios del siglo XVIII. En dicha fachada se puede hallar una enorme diversidad escultórica, con toda clase de elementos decorativos. La puerta es de tipo abocinado con arco tribulado que se enmarca con columnas y su parte superior queda adornada por un cascarón con tres compartimentos en los que se reproducen escenas evangélicas, y, a ambos lados, dos grandes relieves con pasajes sobre la mujer adúltera y la expulsión de los mercaderes.

En el interior del templo destaca el bellísimo retablo de la Capilla Mayor -restaurado para albergar la exposición "Las Edades del Hombre. Encrucijadas" en el año 2000-, una de las obras más sobresalientes del arte español en el siglo XVI. Consta de predela, tres pisos, cinco calles y remate de esculturas exentas, reproduciéndose en el banco las "virtudes" y en las tablas escenas de la vida de Jesús y de la Virgen, todo ello adornado con multitud de angelotes con sorprendentes cuerpos de hombre.

La catedral posee otros excelentes retablos como el de San Miguel, hispano-flamenco del siglo XVI, que permite apreciar unas delicadas tablas con escenas de la vida de Jesús y una predela con figuras de medio cuerpo. El retablo de la Majestad, llamado así porque en su hornacina central se halla una talla de la Virgen de la Majestad, contiene interesantes pinturas de Juan de Peñalosa, con santos anteriores y posteriores a Trento y una escena religiosa de gran valor testimonial que reproduce el ambiente de la Astorga del seiscientos. El retablo de San Jerónimo muestra varias tablas dedicadas a pasajes de la vida del santo, son efectistas y de excelente composición.