La chiesa, a tre navate, presenta un ampio presbiterio sul quale spiccano, nell'atrio della porta laterale di sinistra la Madonna che conduce S. Teresa a venerare S. Giuseppe e la Madonna e Santa Elisabetta (XVII secolo), di scuola genovese e l'altare maggiore, opera recente (1954), la cui ossatura è dello scultore Sacchelli e la mensa è di Luigi Frascarolo. Il coro, in stile barocco (XVIII secolo) presenta scene della vita di San Pietro ad encausto del pittore Costantino Sereno.

Di particolare rilevanza storica è la cupola del duomo su base ottagonale di Emilio Arboreo Vella, con 24 nicchie che ospitano altrettante statue dei santi protettori delle ventiquattro città che componevano la Lega Lombarda, con i relativi stemmi cittadini. Essa fu costruita tra il 1875 ed il 1879 a ricordo del VII centenario della vittoria della Lega Lombarda sul Barbarossa nella battaglia di Legnano (29 maggio 1176).

Sui lati ci sono dieci cappelle laterali. La prima a sinistra è il battistero; segue la Cappella dell'Immacolata, che presenta l'altare maggiore in marmo ad intarsi a fondo nero dell'antico duomo e quattro tele di Guglielmo Caccia detto il Moncalvo, la Cappella del Rosario ancora decorata (1930) da Giorgio Boasso, la cappella di San Baudolino, decorata (1929) da Giorgio Boasso e, infine, la Cappella di San Giuseppe, con altare in marmo di Saltrio su disegno di Ferraris d'Orsara e statua in marmo bianco in stile barocco (primi del 1700) di Giacomo Francesco Parodi.

La prima a destra è la cappella del Crocifisso con un crocifisso (con icona dell'XI secolo) e 4 tele attribuite a Jacopo da Ponte (fine 1500). Segue la cappella di San Pio con tela (1828) di Francesco Mensi, la cappella di S. Giovanni Nepomuceno con tela (XVIII secolo), con un sottoquadro bizantino (XII secolo), la cappello del Sacro Cuore di Gesù con decorazione (1930) di Giorgio Boasso, una statua di Ortisei e due tele Ecce Homo e Incredulità di San Tommaso (XVII secolo), di scuola genovese, infine, la Cappella della Beata Vergine della Salve, con decorazione (1930) di Giorgio Boasso, la custodia che contiene il Simulacro, la reliquia di Santa Croce (1619) e la reliquia della Sacra Spina (precedente al 1527).

In sacrestia e nell'aula capitolare, sono conservati cinque quadri cinquecenteschi del Moncalvo, una Madonna del Rosario con S. Domenica e S. Caterina (inizi del XVIII secolo) di Carlo Aliberti e Giuseppe venduto dai fratelli (XVII secolo), attribuito al Grechetto.