La facciata in pietra della cattedrale di Campobasso, in stile neoclassico, presenta un pronao formato da quattro colonne centrali e due pilastri laterali con capitelli ionici, che sostengono un frontone triangolare.

Sul portale d'ingresso centrale è posto lo stemma arcivescovile di Mons. Carinci, primo vescovo della diocesi Campobasso-Bojano.

Sulla sinistra dell'atrio è collocata la torre campanaria, montata nel 1992. Una curiosità è che la campana è stata battezzata con il nome di Myriam.

L'interno della chiesa è diviso in tre navate.

Lungo le navate laterali si aprono due cappelle: quella del SS. Sacramento, a destra rispetto all'ingresso, che conserva l'affresco dell'Ultima Cena, realizzato dal Trivisonno nel 1933, e un coro ligneo; sulla sinistra, la cappella di S. Giuseppe e del S. Cuore (controllare di persona).

Sul cornicione sovrastante le colonne che dividono le tre navate si può leggere: "La fede cattolica è questa, che adoriamo un solo Dio nella Trinità e la Trinità nell'unità. Una sola è la divinità. Uguale è la gloria costerna è la maestà del Padre del Figlio e dello spirito Santo".

Nella zona presbiteriale campeggia un maestoso baldacchino con capitelli corinzi.
Dietro l'altare vi sono un crocifisso ligneo e un imponente organo; la luce esterna filtra attraverso vetrate.

Sulla volta dell'abside un affresco di Romeo Musa riproduce la Pentecoste.
Pregiatissimo è il fonte battesimale in granito, con cippo calcareo risalente al 1745.

All'interno della cattedrale è possibile ammirare, oltre a quelli citati, altri dipinti di Amedeo Trivisonno e di Romeo Musa.