La facciata, di puro stile gotico-italiano, fu iniziata nel 1415 ed è incompleta: l’architetto fu Giovanni di Santuccio, che morì nel 1458, lasciando l'opera così come oggi la vediamo. Dei tre portali ogivali, stilisticamente assai diversi, quello centrale è splendido, adornato da fasci di colonnine tortili con viticci e piccole figure, eseguite con grande accuratezza e ricchezza decorativa; è affiancato da due nicchie, con un "Gabriele" e una "Annunciata", in uno stile che ricorda Jacopo della Quercia.
L'interno risale alla fine del Duecento: è a tre navate di uguale altezza; ha volte a crociera e abside poligonale; l'altare maggiore è in stile gotico trecentesco. Nella navata destra si aprono sette cappelle, nella sinistra sei.
La chiesa, ricca d’arredi sacri e di tesori artistici, fu ampiamente saccheggiata nel 1327-1328 da Lodovico il Bavaro e dall’antipapa Piero della Corvara. Tra le opere d'arte ancora conservate, spiccano: una "Madonna col Bambino e due Angeli", del 1432, opera di Masolino da Panicale; una tavola ad olio di A. Polinori (1618); affreschi trecenteschi di scuola giottesca; un bel coro ligneo del 1590, opera di Antonio Maffei da Gubbio.
La cripta sottostante, costruita nel 1596, ospita le reliquie dei cinque santi protettori della città (San Fortunato, San Callisto, San Cassiano, S. Romana e S. Degna) e il sepolcro di Jacopone da Todi.