La cattedrale di Santa Maria Nuova si trova nel centro storico di Monreale, adagiato sulle pendici del monte Caputo. La facciata, prospiciente una piazza quadrangolare, è stretta fra le due torri campanarie, delle quali quella di sinistra rimasta incompiuta al primo ordine. L'ingresso è preceduto dal portico settecentesco, in stile barocco, che si apre sull'esterno con tre archi a tutto sesto poggianti su colonne tuscaniche; al di sotto di esso, vi è il portale, chiuso da due battenti bronzei, opera di Bonanno Pisano e risalenti al 1185-1186. Nella parte superiore della facciata, terminante con un basso timpano triangolare, si apre una monofora ogivale incorniciata da una decorazione ad archetti ciechi intrecciati fra di loro.

Lungo il fianco sinistro della cattedrale, vi è il portico più antico, edificato su progetto di Giovanni Domenico Gagini e Fazio Gagini tra il 1547 e il 1569. Esso, in stile rinascimentale è coperto con volta a crociera e si apre sull'esterno con undici archi a tutto sesto poggianti su colonne corinzie. In corrispondenza dell'arcata centrale, che è sormontata da un tondo in terracotta invetriata raffigurante la Madonna col Bambino, si apre un secondo portale, i cui battenti bronzei furono realizzati intorno al 1185 da Barisano da Trani. L'esterno, modificato nei secoli XVI e XVIII, nell'area absidale conserva intatta l'impronta normanna ed è ornato a vari disegni formanti una serie di archi di pietre bianche e nere con cerchi al di sotto, assai ben combinati e disposti tra loro. La decorazione delle tre absidi, caratterizzata dal fitto intreccio di archi acuti, evoca atmosfere arabeggianti esaltate dalla decorazione policroma creata dall'alternanza di tarsie di calcare e di pietra lavica.

Le pareti del capocroce e della navata centrale sono, superiormente, rivestite da mosaici di scuola bizantina a fondo oro, eseguiti tra il XII e la metà del XIII secolo da maestranze in parte locali e in parte veneziane, formatesi alla scuola bizantina. Questi mosaici raffigurano storie cicliche dell'Antico e del Nuovo Testamento; nel catino absidale mediano è la colossale figura del Cristo Pantocratore. Sul fianco destro è il sarcofago in porfido di Guglielmo I, morto nel 1166, e quello marmoreo di Guglielmo II il Buono. Sul lato sinistro, dentro tombe ottocentesche, si trovano le spoglie di Margherita di Navarra e di Sicilia, moglie di Guglielmo I, e dei figli Ruggero ed Enrico e un cenotafio con i resti del re Luigi IX di Francia.