L'antica chiesa quattrocentesca subì un totale rifacimento alla metà del Settecento, quando furono realizzati numerosi altari tardo barocchi con marmi policromi, stucchi e sculture. L'opera pittorica più importante di quante conservate nella chiesa è il Polittico Averoldi eseguito da Tiziano Vecellio nel 1520-22.

Il pentittico raffigurante Gesù risorto, l’Annunciazione, i santi Nazaro e Celso con il donatore Altobello Averoldi e San Sebastiano, firmato e datato 1522, deve il nome al bresciano Altobello Averoldi, che com­missionò il dipinto a Tiziano ed è raffigurato nello scomparto inferiore sinistro, insieme ai S.S.Nazaro e Celso. Si tratta di uno dei capolavori giovanili del maestro cadorino, che dimostra in questa fase una particolare sensibilità alla cul­tura centro-italiana e in partico­lare all'opera di Michelangelo, la cui influenza si avverte nell'accentuazione plastica dell'anatomia, nel registro monumentale delle figure rese con concretezza e naturalezza espressiva, nell’energia e sicurezza dei moti che abbandonano ogni effetto di astratta solennità.

Nella chiesa e nei locali della collegiata sono custodite numerose e importanti opere d'arte, raccolte e commissionate dal Capitolo nel corso dei secoli e per la maggior parte preservate dopo l'integrale ricostruzione settecentesca. Fra di esse si segnala: Cristo in passione con Mosè e Salomone del Moretto, terzo altare destro, databile al 1541-1542. Incoronazione della Vergine con i santi Michele Arcangelo, Giuseppe, Francesco d'Assisi e Nicola di Bari del Moretto, secondo altare sinistro, databile al 1534 circa e Adorazione dei pastori con i santi Nazaro e Celso, quarto altare sinistro, databile al 1540 circa. Madonna col Bambino tra i santi Lorenzo e Agostino di Paolo da Caylina il Vecchio, databile tra il 1460 e il 1480. Polittico di San Rocco di Antonio Gandino, 1590 circa. Adorazione dei Magi di Giambattista Pittoni, 1740. Martirio di san Bartolomeo, di Antonio Zanchi, post 1680.