Des chapelles latérales s'ouvrent sur les bas-côtés. À l'extrémité du bas-côté nord, on trouve une chapelle d'abside, consacrée à la Vierge. Puis, en descendant vers l'entrée, les chapelles latérales, peu profondes. La première est dédiée à Notre-Dame de la Salette. Sur la gauche, on voit un « pilier saxon » massif, vestige d'un édifice antérieur. La chapelle suivante est celle de Jeanne d'Arc. Une plaque rappelle le passage du père Lacordaire en 1844. La chapelle suivante est le passage qui mène à l'église Saint-Hugues.
Du côté sud, en remontant le bas-côté vers l'abside, on longe d'abord un mur rythmé par des pilastres et des chapiteaux sculptés en molasse très érodée, d'époque Renaissance. Puis une chapelle consacrée au cardinal Le Camus, évêque majeur de Grenoble au XVIIe siècle. Un vitrail le représente. Puis une chapelle Saint-Sébastien présente un encadrement de marbre et une belle voûte. La chapelle consacrée à l'Adoration des mages offre aussi un encadrement de marbre. La chapelle de la Nativité, ou de Sainte Anne, donnait accès au cloître aujourd'hui disparu. Enfin, la chapelle au fond de l'abside, à droite du chœur, est dite chapelle des Alleman, car elle fut édifiée par cette famille importante dont plusieurs membres, Siboud Alleman (1450-1476), Laurent Alleman Ier (1476-1482 et 1484-1518), Laurent Alleman II (1518-1561), furent évêques. Elle présente une belle voûte à liernes et tiercerons.
Le ciborium fut commandé en 1455 par l'évêque Siboud Alleman. De style gothique flamboyant, en pierre de Voreppe, haut de 14 mètres, cet ouvrage se présente comme une sorte de façade très ouvragée, terminée par un clocher à arcs-boutants, orné de crochets. L'armoire à ciboire elle-même est au premier étage de cette construction, encadré par des niches vides dont les statues furent détruites en 1562 par les calvinistes du baron des Adrets. La partie droite habille une porte en simulant une façade avec baie en arc brisé, surmontée d'un gâble et d'arcatures décoratives.
Le bâtiment de l'ancien évêché fut construit en 1680 par le cardinal Le Camus, évêque de Grenoble, succédant à un édifice du XIIIe siècle. Désaffecté, il devint un musée des Instituts de Géologie et de Géographie alpines. Ravagé par un incendie, l’ensemble du bâtiment a été restauré pour abriter le Musée de l'Ancien Évêché, ouvert en 1998, présentant les découvertes archéologiques du site et en particulier le baptistère, ainsi que de nombreux témoignages sur l’histoire de Grenoble et de sa région depuis la préhistoire. La visite du musée permet de découvrir le bâtiment, ses parties subsistant du XIIIe siècle, la chapelle de l'évêque et son ornementation Restauration, etc. L'évêché actuel se trouve 12 place de Lavalette (juste en face du Musée de Grenoble), il s'agit de la « Maison diocésaine » du diocèse de Grenoble-Vienne.
Édifié au XIIIe siècle, sur le soubassement en pierre calcaire, probablement après un incendie qui obligea aussi à reconstruire les voûtes, on opta alors pour la brique. Le clocher, de plan carré, haut de 17 m sur 12 m de large, présente trois étages dans lesquels s’ouvrent des baies en plein cintre, de nombre croissant et de taille décroissante : deux baies au premier étage, trois au second, quatre au troisième. Une porte en plein cintre donnait accès à un vestibule, qui s'ouvre ensuite dans l’axe de la nef. Aujourd’hui on entre dans la cathédrale par une deuxième porte ogivale, à droite de la première, qui donne accès au bas-côté droit. En 1885, on plaqua une fausse façade en ciment moulé, matériau alors très en vogue à Grenoble. Œuvre de l’architecte diocésain Berruyer, cette façade en pseudo-style roman réclamée par les évêques successifs, désireux de « faire ressortir la cathédrale au milieu des immeubles qui l'avoisinent », était supposée assurer une liaison entre les bâtiments de part et d’autre, tout en lui donnant une « visibilité » qu’elle n’avait pas auparavant. Toutefois, on a préféré supprimer cette façade en 1990, pour revenir à l'état du bâtiment en 1810.