El templo está formado por tres naves de la misma altura y tres capillas, situadas en la cabecera y girola, conformando una planta de forma rectangular. En el transepto, sobre el crucero, se sitúa la linterna renacentista, obra de Juan de Orea, autor también de la sacristía y del patio de armas, convertido en claustro en el siglo XVIII. El templo cuenta con una robusta torre-campanario concebida como Torre del homenaje de la Iglesia-fortaleza, que fue acabada en el año 1613.

Es característico el llamado Sol de Portocarrero, que con el tiempo se ha convertido en símbolo de la ciudad. Se trata de un bajorrelieve situado en la fachada oriental y que representa un radiante sol con cara humana bordonado de cintas. Su nombre se debe al Obispo Portocarrero, que no obstante ejerció su mandato mucho después de la creación del bajorrelieve.