La struttura architettonica, di stile romanico bizantineggiante, completamente realizzata in laterizi a vista, si data alla prima metà del secolo XI, e sorge sul sito di una precedente basilica paleocristiana. L'interno è diviso in tre navate da due file di colonne e pilastri alternati. Nella grande abside centrale è conservata la Pala d'Oro, preziosa opera di oreficeria, che si compone di sei formelle in lamina d'argento lavorate a sbalzo e a cesello, immerse in un bagno d'oro, con varie immagini sacre; realizzata in momenti diversi, parte nella seconda metà del Duecento e parte nella prima metà del Trecento, aveva forse in origine la forma di un 'paliotto', ed era collocata sull'altare maggiore del duomo. La tradizione locale, che tuttavia non trova conferma nella documentazione storica, indicherebbe nel manufatto un dono di Caterina Corner, offerto dalla regina alla chiesa in segno di riconoscenza per il soccorso ricevuto da alcuni pescatori di Caorle, che l'avrebbero salvata dal naufragio davanti alla costa, durante una tempesta, nell'anno 1489, proprio mentre concludeva il suo viaggio di ritorno a Venezia da Cipro, dopo l'abdicazione. A quanto sembra, l'episodio doveva essere rappresentato nello stesso catino absidale, in un affresco di cui oggi non rimane quasi più traccia, se si esclude un frammento ancora abbastanza leggibile, che mostra l'immagine del Leone di San Marco.
