Du point de vue stylistique, c'est un exemple important du style roman des Pouilles. La façade simple est tripartite avec des pilastres et couronnée de petits arcs : la partie inférieure comporte trois portails datant du XIe siècle, remaniés au XVIIIe siècle. La partie supérieure est ornée de fenêtres à lancette simple, d'une fenêtre à meneau et d'une rosace, dont le linteau est encombré de monstres et d'êtres fantastiques.
Sur les côtés se trouvent de profondes arcades sur lesquelles courent des galeries hexaflores (reconstruites) ; à l'intersection des bras s'élève la coupole, polygonale à l'extérieur, avec une frise admirable. A noter les deux têtes du transept, décorées de rosaces et de fenêtres à double lancette, ainsi que la partie de l'abside avec un mur continu, dans lequel s'ouvre une superbe grande fenêtre. Sur le côté gauche se trouve la grande construction cylindrique de la trulla (ancien baptistère transformé en sacristie au XVIIe siècle) et adossée au transept. Non loin de là se dresse le clocher avec des fenêtres et une haute flèche, reconstruit avec des pierres semblables aux originales. Sous un tiburium élaboré, le dôme présente des motifs mauresques évidents. Passé le seuil, l'œil parcourt les trois nefs de forme solennelle, divisées par 16 colonnes soutenant des arcs et de fausses galeries de femmes. Dans la crypte du XVIIIe siècle, de splendides marbres mettent en valeur l'icône de la Madonna Odegitria, arrivée dans le port après une violente tempête. À l'intérieur, l'église, qui a été dépouillée de toute structure baroque, se présente dans sa solennité dépouillée. Les trois nefs sont séparées par deux théories de huit colonnes chacune. De fausses galeries de femmes et de larges fenêtres à triple lancette ponctuent harmonieusement l'espace, qui se clôt par le transept surélevé, la haute coupole et trois absides, dont la centrale est majestueuse. Dans la nef, la chaire est reconstituée à partir de fragments originaux des XIe et XIIIe siècles, tout comme le ciboire de l'autel et la chaise épiscopale du presbytère, entourés de plutei du XIIIe siècle. Il y a des traces de fresques du 13ème siècle dans l'abside gauche. Le 21 juin de chaque année, le jour du solstice d'été, un événement extraordinaire se produit dans la cathédrale : le soleil embrasse la terre. Ce jour-là, à 17 h 10 (heure d'été), les rayons du soleil provenant de la rosace centrale avec ses 18 pétales ou rayons, située sur la façade principale, correspondent exactement à la rosace de marbre correspondante, de même taille, située au sol de la nef. L'effet ne se produit qu'une fois par an et uniquement ce jour-là. Ce phénomène exceptionnel est dû au mouvement de la Terre autour du soleil et au fait que le grand temple sacré a été construit avec l'abside orientée vers l'est. Selon la tradition, les premiers chrétiens priaient face au point où le soleil se lève. Au Moyen Âge, l'homme entretient une relation étroite avec la lumière. La crypte abrite également les reliques de Saint Sabinus, évêque de Canosa, dans le maître-autel. Dans les absides mineures se trouvent deux sarcophages : l'un contient les reliques de Saint Columba, récemment restaurées, et l'autre divers reliquaires. Dans la sacristie de droite, il y a un autel avec un tableau représentant probablement Saint Mauro, considéré comme le premier évêque de Bari.
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