La catedral es un estupendo modelo de arquitectura protogótica. Organizada como una típica iglesia de peregrinación, tiene tres naves, la central de doble anchura y superior altura, cortadas por un crucero y con una girola que primitivamente tendría tres capillas absidiales.

A comienzos del siglo XII se amplió el recinto convirtiendo el templo en una iglesia-fortaleza, único ejemplo de este tipo que podemos contemplar en La Rioja. El retablo mayor es una joya de la escultura renacentista española y obra de Damián Forment. La catedral tiene una cabecera románica con relieves y capiteles del siglo XII, entre ellos un riguroso relieve de David, como rey cantor.

En su interior, lo que más llama la atención, es el gallinero donde viven un gallo y una gallina en recuerdo del milagro del peregrino ahorcado.