La cathédrale est un bel exemple d'architecture protogothique. Organisée comme une église de pèlerinage classique, elle possède trois nefs, dont une nef centrale plus haute et deux fois plus large, traversée d’un transept et terminée par un déambulatoire sur lequel s’ouvraient probablement, à l’origine, trois chapelles absidiales. Au début du 12e siècle, le temple est agrandi et devient une église-forteresse, unique exemple de cette architecture que nous pouvons contempler dans la Rioja. Le grand retable, joyau de la sculpture Renaissance espagnole, est signé Damián Forment. La cathédrale conserve un chevet roman et des chapiteaux historiés du 12e siècle, dont un David tout raide en roi-chantre.

À l’intérieur, on remarquera le poulailler où vivent en permanence une poule et un coq blancs, en souvenir du miracle du pèlerin pendu.