Le narthex et l'avant-nef
Le narthex (entrée de la cathédrale) est constitué d'arcs brisés, supportés par deux piliers colossaux reposant sur une base circulaire de 11,45 mètres qui supporte une voûte à huit nervures. Le clocher s'élève au-dessus. On retrouve des arcades romanes sur les murs nord et sud.
Dans l'avant-nef, espace compris entre l'entrée de la cathédrale et la tribune du jubé et qui reçoit paroissiens et pèlerins, se dresse l'orgue. Le buffet renaissance est élevé sur cinq colonnes cannelées ; ses sculptures traitent de sujets profanes (scènes champêtres, travaux et exploits d'Hercule). Cet orgue d'angle a été remanié à trois reprises : 1835, 1901, et 1975.
La nef gothique
Dès le XIV siècle, l'ancien édifice roman est complètement transformé : une large voûte est construite à l'est, formant le chevet. La voûte en croisée d'ogives, haute de 28 mètres, s'étire du chevet au clocher ; elle culmine à 55 mètres. Les murs sont en pierre grise. Le tout forme un unique vaisseau de type gothique méridional, large de 16 mètres.
Les chapelles
Des onze chapelles, cinq sont rayonnantes et six latérales. Dans le choeur, on accède à l'ancienne sacristie édifiée par Jean de Mauléon en appendice de l'abside de la chapelle Saint-Barthélémy.
La chapelle Notre-Dame est remarquable par le tombeau de l'évêque Hugues de Chatillon en marbre, d'art bourguignon.
L'autel de la paroisse, situé dans l'avant-nef, est une chapelle qui ne faisait pas partie du plan primitif : elle est ajoutée en 1621 par l'évêque Gilles de Souvre afin de permettre aux fidèles de suivre les offices autrement qu'à travers la clôture du chœur (directive du concile de Trente).
Dans l'ancienne salle capitulaire se trouve le trésor de la cathédrale (vases sacrés, ornements liturgiques).
Les boiseries renaissances du chœur
Le chef-d'œuvre de la cathédrale est sans nul doute les boiseries renaissances du chœur, véritable "église en bois" inaugurée la nuit de Noël 1535. À noter :
- Les 66 stalles disposées sur deux rangs.
- Le trône épiscopal commence la rangée des hautes stalles côté épître.
- Le jubé, séparant l'avant-nef du chœur, richement décoré.
- Le retable, en bois sculpté, recouvert de peintures et dorures au XVIII siècle.
Le mausolée de Saint-Bertrand
Au début du XV siècle, l'évêque Pierre de Foix fait élever un mausolée dans le chœur de la cathédrale pour recueillir les restes de Saint-Bertrand. La face tournée vers le chevet est couverte de peintures su pierre datant du XVII siècle reproduisant les scènes miraculeuses de la vie du saint. La face tournée vers le chœur est percée d'une cavitée contenant la grande chasse d'argent et d'ébène où repose le corps de Saint-Bertrand.
