La parte más antigua de la catedral es la parte inferior del Alminar, así como algunos arcos islámicos que aún se conservan.

Con un pasado musulmán, para llegar a los tres arcos islámicos ocultos en su interior hay que atravesar la sala con fustes de piedra caliza

El cuerpo inferior de la torre, alminar, es el más antiguo, así como los tres arcos islámicos, que están cegados y ocultos, los cuales se encuentran en la torre (siglo XI). Las gárgolas y la cornisa se le añadieron en el siglo XIII.

Se ubica en el extremo noroeste del edificio, siendo en su origen alminar de la mezquita. Presenta planta cuadrada y en las aristas aparecen fustes de granito.

Esta primitiva construcción se renovó en el siglo XVI, quedando en la actualidad, únicamente, una lápida con caracteres góticos que forma un retablo heráldico con los escudos de Castilla y León, de Baeza y del obispo Rodrigo Fernández de Narváez

Más adelante, a finales del siglo XIV, se ordena levantar un nuevo cuerpo y algunas capillas y arquerías de estilo mudéjar.

La combinación de estilos mudéjar, gótico y renacentista permiten observar el paso del tiempo a través de sus muros, contando su historia desde cada uno de sus estilos arquitectónicos.

En la Capilla Mayor se alza, presidiendo la nave central del templo, el retablo mayor realizado por Manuel del Álamo en el último tercio del s. XVII y dorado por Manuel Pancorbo en 1741. Su cuerpo principal se articula en unas majestuosas columnas salomónicas, y su ático se ajusta a la forma ojival de la bóveda

En el espacio donde se ubica el Sagrario, se encuentran los restos de San Pedro Pascual, que fueron trasladados de la Puerta de la Luna a la Capilla Mayor en 1734.

A la derecha del retablo, sobre una columna, podemos contemplar una bella imagen de Virgen con niño, fechada en finales del siglo XVI, antiguamente se encontraba en el trascoro.

Los lamentables derrumbes de la Catedral continuaron y en 1755, debido a un terremoto, se desplomaron parte de los muros, así como parte de la bóveda mayor.

En el siglo XIX y XX, debido a los daños estructurales de los derrumbes pasados, se cayó parte de la torre renacentista que volvió a ser edificada en 1960.

Siendo originalmente una torre de la mezquita arabe, diversos accidentes y derrumbes obligaron a reedificar en el siglo XX, que mantuvo diversos elementos del estilo gótico de las remodelaciones anteriores.

El templo tiene tres naves. Su fábrica renacentista está cubierta con bóvedas vaídas decoradas con relieves de yeserías.

Los pilares orientales del crucero renacentista, que unen esta estructura a una bóveda de crucería, sostienen un entablamento clásico cuyo friso se decora con cariátides.

La gran bóveda vaída que cubre el crucero comprende un abovedamiento en semiesfera rebajada, decorado con relieves italianizantes en tondos; mientras que las pechinas que lo sostienen despliegan, bajo la misma influencia estética, relieves de los cuatro evangelistas. A la vez, entre las pechinas este y oeste encontramos sendos tondos con las imágenes respectivas de san Francisco de Asís y de la Virgen madre en la versión usada como sello por el cabildo catedral baezano. 

La fachada oeste se encuentra unida a la torre y en ella encontramos «puerta de la luna» o de san Pedro Pascual.

La construcción de la puerta es un arco de herradura lobulado y apuntado y con una moldura románica en su intradós, el alfiz es un rebaje en el muro. Sobre la puerta aparece un rosetón gótico con puntas de diamante, hojas y cabezas, que fue construido en el siglo XIV. Encima del rosetón se encuentra un arco lobulado y apuntado de reducidas dimensiones que alberga una lauda sepulcral con un relieve de un obispo revestido de pontifical con mitra y báculo pastoral