Il "Duomo" di Chieri presenta una notevole serie di somiglianze estetico-architettoniche con il coevo Duomo di Alba: tali somiglianze sono reperibili in parte nella struttura di scuola romanica-gotica, ma soprattutto nelle decorazioni interne; si vedano, per esempio, le decorazioni a bande orizzontali delle pareti e dei pilastri, gli stessi pilastri lobati, il colore blu delle volte a crociera.

L'interno si presenta a tre navate a cui si affiancano quindici cappelle laterali, in gran parte rimaneggiate in epoca barocca, in cui si conservano dipinti barocchi e fiamminghi. Nella cappella della Madonna, la terza del lato destro, alcuni lavori di restauro del 1880 hanno riportato in luce affreschi quattrocenteschi attribuiti al Jacquerio. Nel 1659 Tommaso Carlone lavorò nella decorazione a stucco della cappella del Corpus Domini in collaborazione con i conterranei Francesco Garove, Giovanni Marocco e lo stuccatore Giovanni Luca Corbellini. Nella stessa cappella Davide che danza dinanzi all'arca e Abramo e i tre angeli, di Giovanni Antonio Mari. Due pale d'altare furono commissionate al pittore Giuseppe Sariga nel gennaio del 1759 per ornare la cappella della Madonna delle Grazie, ovvero il Voto per la peste del 1630 a Chieri e il Contagio della peste del 1630 a Chieri per cui richiese la somma di 300 lire piemontesi. Nell'agosto Sariga fu poi impegnato a dipingere gli angeli musicanti, espressione di un garbato rococò, sul cupolino, per cui ricevette altre 130 lire. Le vetrate, arbitrariamente rifatte tra il 1994 e il 2005, sono opera dell'artista Silvio Vigliaturo.

La cripta che conserva strutture del precedente edificio, presenta sulla volta l'affresco della Madonna con il Bambino affiancata dagli apostoli, Pietro e Paolo. In questa cripta sono sepolti Giovanni Battista Lorenzo Bogino, Prospero Balbo e Cesare Balbo.

La cappella Gallieri si trova alla base del campanile. Fu edificata tra il 1414 ed il 1418. Verso il 1420 fu dipinta da un maestro ignoto una serie di affreschi sulle Storie di San Giovanni Battista, restaurati negli anni cinquanta.

Il battistero posto sul lato destro della chiesa, ha origini duecentesche e, inizialmente staccato, fu collegato alla nuova chiesa quattrocentesca. Nel 1432 passò sotto il patronato dei Tana che ne fecero per un certo tempo un sepolcro. Il fonte battesimale riporta lo stemma ed il motto della famiglia Tana. Nel 1829 la volta crollò, ma si conservano gli affreschi della Passione di Cristo, forse opera del pittore piemontese Guglielmo Fantini. Resti romani sono stati rinvenuti sotto la pavimentazione del battistero.