Sobre la iglesia de la época de Odoario se alzó otra siguiendo los cánones del románico avanzado. Fue planeada con una planta de cruz latina, con tres naves, transepto y triple ábside en su cabecera, la cual sería demolida para alzar la actual de estilo gótico. Con el paso del tiempo se le añadieron capillas laterales (1480), como la dedicada a la Virgen del Pilar.

En clave barroca se construyeron sacristía, sala capitular, claustro y capilla de la Virgen de los Ojos Grandes (1726).

La fachada neoclásica de poniente es de finales del XVIII, y las torres de finales XIX y principios del XX, bajo la dirección del arquitecto lucense Nemesio Cobreros.

En cada una de las torres hay una imagen de piedra. La izquierda es de SAN FROILÁN, PATRONO DE LA CIUDAD, y la derecha representa a San Capitón, que fue el primer Obispo de la Diócesis lucense.

En la parte superior hay otras cinco figuras, una central –femenina– y dos parejas masculinas a cada lado. Los hombres son los evangelistas, Mateo y Juan a la izquierda y por este orden, la figura femenina es una alegoría de la fe, y los acompañantes de la derecha son Lucas y Marcos, todos ellos bien reconocibles por los símbolos que aparecen con cada uno: ángel, águila, toro, y león respectivamente.

La fe, en el centro, con los ojos vendados: «Es, pues, la fe la certeza de lo que se espera, la convicción de lo que no se ve» (Hebreos 11, 1), lleva una cruz en su mano izquierda y una custodia en su mano derecha colocada sobre su cabeza, hablándonos del Misterio de Cristo en quien creemos.