La facciata è scandita da una serie di archi ciechi -tra i quali si apre il portale- che partono da lesene alte e sottili poggianti sullo zoccolo della chiesa. 

Le lesene angolari terminano in capitelli di stile corinzio.

Un tempo all'interno delle arcate erano raffigurate le scene della vita della Vergine, come quella a sinistra della facciata, ancora visibile, che raffigura l'Annunciazione.

Il portale è ornato da stipiti a colonnina sormontati da capitelli in stile corintizzante, cioè a imitazione dello stile corinzio.

All'interno della lunetta è raffigurata la scena della Purificazione, che ricorda la vittoria del cattolicesimo sull'eresia.

Il portale era originariamente affiancato da due colonne sostenute due leoni, purtroppo trafugati.

Sulla parte alta del portale sono tuttora visibili le mensole, poggianti su due capitelli posti ai lati del portale, che sorreggono due sculture. Una raffigurava S. Sebastiano ed era posta sulla destra del portale, ma se ne conserva solo la parte inferiore.

L'altra statua, sulla sinistra, rappresenta S. Basso, protettore di Termoli, nell'atto di benedire la città.
La parte superiore della facciata della Cattedrale risale al XV secolo ed ha al centro un oculo strombato, con tre fasce decorate ed una liscia.

Il fianco sinistro della chiesa presenta dodici archi ciechi su lesene, in uno dei quali si apre una porta, oggi murata, che un tempo era l'ingresso riservato alle donne.

Dell'assetto originario del campanile resta il pianterreno, formato da un'aula quadrangolare con volte a botte.

L'interno della Cattedrale è a tre navate, terminanti in tre absidi. 
La chiesa ha una copertura a capriate nella navata centrale e volte a crociera nelle due navate laterali.

Entrando nella chiesa, sulla destra, si trova un sedile in pietra che sorregge una lapide sepolcrale con un bassorilievo, raffigurante un uomo in tunica lunga, la testa sulla mano sinistra e la mano destra che sostiene un teschio. La figura, con molta probabilità, ricorda un benefattore della chiesa che, come di consuetudine anticamente, era stato sepolto in quel luogo per i propri meriti.

Sul lato sinistro, entrando nella chiesa, vi è la Cappella del SS. Sacramento, inserita nel contesto del Palazzo Vescovile affiancato alla chiesa.

Nel medioevo, dalla cappella si poteva giungere al palazzo grazie ad una porta posta su una parete della cappella stessa.
Il prolungamento della cappella dà origine alla torre campanaria, che costituisce a sua volta il percorso per arrivare alla sagrestia.

Il presbiterio è rialzato rispetto al luogo riservato ai fedeli e lo si può raggiungere mediante una scalinata la cui larghezza è uguale a quella della navata centrale.

Nelle absidi si conservano capitelli, cornici, frammenti di alcune sculture e fusti di colonnine appartenenti alla facciata.

Dalle navate laterali si arriva alla cripta, rinvenuta nel 1936. Nella cripta si trova un sarcofago in marmo in cui giacevano le spoglie di San Basso, una lapide commemorativa e i resti di alcune colonne.

Su un lato della cripta si trova un mosaico, raffigurante un toro ed un serpente che intrecciandosi formano una croce. I due animali ricordano la vittoria del Cristianesimo sul Paganesimo.

Il pavimento della navata centrale presenta mosaici con figure zoomorfe, come un leone che divora un pesce.
La chiesa primitiva conteneva molte altre decorazioni, andate perse nella costruzione della nuova struttura.