Esta edificación es de estilo neoclásico. Su estructura es indigenista. Posee una puerta de madera, así como de un templete catedrático, un atrio de piedra, que fue concebido como una solución arquitectónica al desnivel del predio; un domo divide por la mitad al atrio; una torre árabe que hace las veces de campanario.
En sus inicios los materiales utilizados para su construcción fueron el barro para las paredes y la paja para cubrir el techo. Se derrumbó aquella construcción y se levanto la Catedral que observamos en la actualidad, cuyas paredes son de piedra y techo de teja.
Es importante tener en cuenta que la sinuosa geografía quiteña no permitió que el frente de la Catedral se ubicara frente a la Plaza Mayor.
Interior
La Catedral cuenta con una planta de tres naves, arcos apuntados que son la base del techo; artesonado de madera; coro, de estilo neoclásico; varias capillas pequeñas coronadas por cúpulas: la tumba del Mariscal Antonio José de Sucre (Capilla del Mausoleo), dos entradas: una con frente a la Plaza Grande y la otra hacia la calle García Moreno.
En el altar mayor se encuentra un lienzo de Manuel Samaniego y la obra de Caspiraca “Descenso de Cristo de la Cruz”. Episodios de la vida de Jesús se ubican en las enjuntas. Estos episodios son un claro ejemplo del sincretismo. Solo recordemos que en la Ultima Cena, en la mesa tenemos un cuy.
La influencia mudéjar se impone en el interior
La Catedral es una verdadera joya, en ella podemos encontrar una mezcla de estilos: neoclásico en el pórtico, barroco en la Iglesia, mudéjar en el artesonado, gótico en los arcos semi-ojivales que armoniosamente se conjugan para mostrar la calidad del trabajo de nuestros artistas. Los retablos de las naves laterales son impresionantes por el detalle con que los artistas trabajaron cada uno de los espacios.
Aparte del ámbito arquitectónico, este templo posee objetos únicos como libros corales, objetos de plata, túnicas entre otros.