Della facciata principale a fasce bianche e rosa, resta ben poco. Il mosaico raffigurante Cristo in trono tra san Feliciano e Messalina, protettori della città, con papa Leone XIII, committente dell'opera, è opera recente e data al 1904.
Meglio conservata e più ricca è la facciata secondaria, quella che si apre su piazza della Repubblica. Un iscrizione sull'arco esterno del portale cita i Maestri Rodolfo e Binello e l'anno 1201. Si caratterizza per il bel portale romanico decorato con bassorilievi classicheggianti, tra cui figura Federico Barbarossa, il vescovo Anselmo, i simboli degli Evangelisti ed i segni zodiacali. Sopra il portale è una cornice su mensole con protomi di animali e una bella loggetta. Le bifore, in alto, furono aggiunte dalla famiglia Trinci nel Quattrocento.
L'elegante cupola è un'aggiunta cinquecentesca opera di Giuliano di Baccio d'Agnolo.
L'interno, ad un'unica navata, denota i tratti del rifacimento Neoclassico operato nella seconda metà dell'Ottocento da Giuseppe Piermarini su progetto, notevolmente modificato, di Luigi Vanvitelli.
Il baldacchino sopra l'altare maggiore è fedele riproduzione di quello berniniano presente nella basilica di San Pietro a Roma.
Nel palazzo delle Canoniche a ridosso del transetto e della navata sinistra, è il Museo Capitolare Diocesano che conserva circa cinquanta opere provenienti dalla cattedrale e da località della Diocesi. La visita del museo comprende anche la Cripta di San Feliciano (VII-IX secolo), recentemente restaurata.