Katedra jest trójnawową bazyliką z dwoma rzędami kaplic, tworząc razem potężny prawie kwadratowy korpus z będącym  przedłużeniem nawy głównej, zamkniętym wielobocznie prezbiterium i 2 kaplicami po obu jego stronach (dł. świątyni 45 m, szer. 30 m). Struktura Kolegiaty zawiera szereg analogii z planem miasta (proporcje 1:15), będąc dowodem poprzedzających budowę wnikliwych teoretycznych rozważań. Zamyka ona w sobie przebogatą, pełną głębokiego sensu symbolikę ideową i liturgiczną, wyrażoną w starannie obmyślanych wezwaniach kościoła i kaplic, w architekturze, w jej wystroju.
Pierwotnie fasada zdobiona była wspaniałym manierystycznym szczytem z bogatą dekoracją, monogramem maryjnym podkreślającym kult NMP i herbami Zamoyskich. W 1826 zastąpiony został niższym, nieefektownym szczytem schodkowym (w 1989-91 zrekonstruowano dawny fronton). Przez pewien czas szczyt wsch. wieńczyła statua MB Loretańskiej. Elewacje z płycinowymi arkadami i surowymi pilastrami doryckimi (na wzór antycznych świątyń) otrzymały wtedy klasycystyczne boniowania. Nie zachował się również wieńczący elewacje pas metop z płaskorzeźbionymi rozetami i twarzami, pękami zbroi i broni. Okna są wysokie i smukłe. Forma bliźniaczych okien na załamaniach ścian prezbiterium jest rozwiązaniem unikalnym w sztuce europejskiej. Ich wspólne filary zachowały finezyjną, renesansową plecionkę. Na każdym z 23 przęseł widoczne są znaki montażowe opasujące Kolegiatę alfabetem łacińskim od A do Z, nawiązując tym do symbolu Chrystusa Mistycznego (Ja jestem Alfa i Omega, Początek i Koniec). W XVIII w.
Kolegiata kryta była dachówką. W 1808 jednak już boczne nawy pokrywał gont a kaplicę Zamoyskich blacha. W 2011 odkryto w gzymsie zamurowane rzeźbiarskie kroksztyny z czasów Moranda.
W XVIII w. dach nawy głównej wieńczyła bania z wielkim krzyżem, w której mieści się 50 garncy suto wyzłacana). Wg "Gazety" z 1905 olbrzymia mosiężna bania na wysokiej kopule powleczona złotą blachą była później kilkakrotnie przebudowywana. Powstała niewielka sygnaturka, która zdobiła kolegiatę do 1927. Powróciła po 85 latach.
Nawę główną ponad bocznymi dachami ujmują niewielkie wywodzące się z gotyku przypory. Do środka prowadził portal o charakterze łuku triumfalnego. Na co dzień czynne są wejścia boczne ze skromniejszymi portalami, teraz podobnie jak główny - klasycystycznymi. Na okutych XVII i XVIII-wiecznych drzwiach dostrzec można ślady po herbowych włóczniach.
W 2010-2012 wg proj. A. Cygnarowskiego i S. Ćwierza podniesiono dach do dawnej wysokości kościoła z 24 do 28 m. Zabezpieczono pęknięcia ścian, osuszono ściany i krypty, wymieniono blachę na dachówkę, zrekonstruowano w pierwotnej formie drewnianą sygnaturkę (drzewo iglaste, 11 m), wraz z którą wysokość katedry osiągnęła 39 m (15 m więcej). Odtworzono też wschodni fronton, a nad prezbiterium umieszczono złocony medalion z wizerunkiem MB Loretańskiej. Oczyszczono i wyeksponowano detale kamienne. Niewiele później odtworzono także portyk przed wejściem - "łuk tryumfalny" (koncepcja świątyni zwycięstwa) i kartusz z przedstawieniem św. Tomasza.
KATEDRA - DZIEJE
KATEDRA - ZABYTKOWE WNĘTRZE
KATEDRA - CMENTARZ PRZYKATEDRALNY

 * Nad Wielkim Ołtarzem i małym chórem dach był kryty dachówką, krzyż grecki z globem wyzłacany, sprowadzony z Moskwy przez Fundatora. Chór pokryty dachówką szarą, dach nawy dachówką holenderką. Korytarze [nawy boczne]. Na środku kościoła znajdowała się kopuła wspaniała, kryta ołowianą blachą, na niej krzyż wielki wspierający się na bani 50 garncy w sobie mającej. (Jędrzejewicz Historya Kollegiaty)
 * W trakcie remontu odkryto ok. 40 kamiennych pięknie rzeźbionych kroksztynów z czasów Moranda. Miały podtrzymywać zewnętrzny gzyms. Brak śladów patyny oznaczał, że nie zdobiły fasady, lecz w wyniku nie znanej nam decyzji, umieszczone zostały w murze. Prof. Kowalczyk gorąco optował za ich wyeksponowaniem w gzymsie, przystał ostatecznie na powtórne ich ukrycie.