Son plan est en croix latine.
Le chœur est composé de trois travées rectangulaires et d'un rond-point semi-circulaire. Il est entouré d'un bas-côté ou collatéral qui le borde au nord, à l'est et au sud. Le chœur se termine par cinq chapelles rayonnantes également circulaires. En outre, au nord comme au sud du chœur, s'ouvrent de chaque côté deux chapelles latérales de plan carré.
La façade ouest comporte un porche à trois portes ajouté au XIVe siècle, et deux tours qui n'ont jamais été terminées, leurs portions les plus hautes datent du XIIIe siècle ; ses motifs décoratifs ont été grandement abimés.
L'élévation de la nef comme celle du chœur est à quatre niveaux : grandes arcades, tribunes, triforium et fenêtres hautes.
Sur les bas-côté nord de la nef s'ouvrent six chapelles latérales, sur le bas-côté sud, elles sont au nombre de trois et beaucoup plus vastes. Les arc-boutants de la cathédrale furent reconstruits au XVIIIe siècle.
Du coin du nord-ouest de la nef court la galerie occidentale d'un joli cloître érigée en 1230 ; et à côté du cloître se situe l'ancien réfectoire (aujourd'hui salle capitulaire) construit à la même époque, avec son entrée ornée de statues d'évêques et d'autres sculptures.
La bibliothèque du chapitre (XVIe siècle).
La nef est constituée de onze travées, incluant celle de la façade ouest, qui à l'intérieur forme une sorte de petit transept. Son élévation est à quatre niveaux : grandes arcades s'ouvrant sur les collatéraux nord et sud, tribunes, triforium et fenêtres hautes.
L'arc en plein cintre a été maintenu dans les deux niveaux supérieurs, c'est-à-dire dans les arches du triforium, et les baies des fenêtres hautes. Il en va de même pour les fenêtres des bas-côtés. Par contre les arcs aigus ogivaux apparaissent au niveau des deux étages inférieurs, celui des grandes arcades et celui des tribunes.
La construction de la nef daterait des années 1180 – 1205. On remarque une alternance entre des piles fortes formées de colonnes en faisceaux , et des piles faibles constituées de colonnes monocylindriques. Cette disposition indique que le premier choix des maîtres d'œuvre est de construire un voutement sexpartite. Ce choix a été abandonné pour des problèmes techniques d'équilibre des charges . L'alternance des piles a été conservée par une volonté esthétique..
Les tribunes comportent des baies géminées à remplage orné d'un oculus trilobé. Elles sont bordées d'une belle balustrade en fer forgé.
Au-dessus, un triforiumaveugle est composé de quatre petites arcades par travée Enfin,le niveau des fenêtres hautes est composé de doubles baies.
Six chapelles latérales ont été ajoutées au bas-côté nord au XIIIe siècle. Les trois grandes chapelles latérales du bas-côté sud datent des XIVe, XVe et XVIe siècles. La chapelle située au centre (du XVIe) appelée Chapelle Notre-Dame-de-Bonsecours est particulièrement riche en décorations. C'est un superbe exemple d'architecture du règne de François Ier.
Les deux bras du transept se terminent par des absides semi-circulaires. Chacun de ces bras ou croisillons du transept s'ouvre à l'est par un porche.
À l'entrée du chœur, après les deux piles de la croisée du transept, sont élevées deux piles tout aussi épaisses, ce qui fait que la première travée du chœur repose sur quatre piles extrêmement fortes. En regard de cette travée, les maçonneries des bas-côtés sont également très fortes (c'est là que se trouvent des escaliers menant aux tribunes du chœur). Cela peut paraître excessif et inutile. La raison en est que deux tours ont été commencées reposant sur ces supports solides mais elles ne furent jamais terminées.
Comme la nef, l'élévation du chœur est à quatre niveaux : les grandes arcades s'ouvrant sur le déambulatoire sont surmontées par les tribunes, puis le triforium et enfin les fenêtres hautes.
Le chœur ayant été construit bien avant la nef, ces quatre niveaux présentent quelques différences avec cette dernière. Au niveau des travées rectangulaires, les tribunes s'ouvrent par deux arcades ogivales non surmontées d'un oculus trèflé. Ce nombre se réduit à une seule arcade pour la partie arrondie de l'abside.
Le triforium comporte entre cinq et trois petites arcades ; elles sont de type roman, comme dans la nef.
Enfin les fenêtres hautes ne comportent qu'une seule baie par travée, de type roman elles aussi.
Les tombeaux des évêques ont été détruits dans la cathédrale pendant la Révolution française.