Il ne reste que très peu de choses de la façade principale avec ses rayures blanches et roses. La mosaïque représentant le Christ trônant entre les Saints Félicien et Messaline, protecteurs de la ville, et le pape Léon XIII, commanditaire de l'œuvre, est une œuvre récente datant de 1904.

La façade secondaire, qui s'ouvre sur la Piazza della Repubblica, est mieux conservée et plus riche. Une inscription sur l'arc extérieur du portail mentionne les Maîtres Rodolphe et Binello et l'année 1201. Elle se caractérise par un beau portail roman décoré de bas-reliefs classiques, dont Frédéric Barberousse, l'évêque Anselmo, les symboles des évangélistes et les signes du zodiaque. Au-dessus du portail se trouve une corniche en encorbellement avec des protomés d'animaux et une belle loggia. Les fenêtres à meneaux du haut ont été ajoutées par la famille Trinci au XVe siècle.L'élégant dôme est un ajout du XVIème siècle réalisé par Giuliano di Baccio d'Agnolo.

L'intérieur, à nef unique, présente les caractéristiques de la rénovation néoclassique réalisée dans la seconde moitié du XIXe siècle par Giuseppe Piermarini sur un projet, considérablement modifié, de Luigi Vanvitelli.

Le baldaquin au-dessus du maître-autel est une reproduction fidèle du baldaquin du Bernin dans la basilique Saint-Pierre de Rome.

Dans le Palazzo delle Canoniche, derrière le transept et la nef gauche, se trouve le Musée Capitulaire Diocésain, qui héberge une cinquantaine d'œuvres provenant de la cathédrale et d'autres lieux du Diocèse. La visite du musée comprend également la Crypte de Saint Felicien (7e-9e siècle), récemment restaurée.