La facciata della cattedrale è in pietra d'Istria, scandita da sottili lesene, e ha al centro un interessante portale con fasci di colonne scolpite, sormontato da un'ampia cuspide con la statua della Vergine: in asse è posto il grande rosone con dodici colonnine decorate con motivi tortili e a spina di pesce, desinenti in eleganti archi trilobati ravvivati da tessere musive policrome, opera dello scultore fermano Giacomo Palmieri (1348). Sulla cuspide del portale è il gruppo bronzeo dell'Assunta e Angeli, del 1758.
L'interno della cattedrale appare nella sua conformazione attuale alla ricostruzione neoclassica operata da Cosimo Morelli nel XVIII secolo. La chiesa è a tre navate separate da archi a tutto sesto ed ha un doppio transetto. La navata maggiore e il transetto sono coperti con volta a botte cassettonata, mentre le navate minori con cupolette, anch'esse cassettonate.