La facciata della cattedrale è in pietra d'Istria, scandita da sottili lesene, e presenta al centro un elegante portale con fasci di colonne scolpite, sormontato da un'ampia cuspide racchiudente la statua della Vergine: in asse è posto il grande rosone con dodici colonnine decorate con motivi tortili e a spina di pesce, desinenti in eleganti archi trilobati ravvivati da tessere musive policrome, opera dello scultore fermano Giacomo Palmieri (1348). Sulla cuspide del portale è il gruppo bronzeo dell'Assunta e Angeli, del 1758.

L'interno della cattedrale appare nella sua conformazione attuale alla ricostruzione neoclassica operata da Cosimo Morelli nel XVIII secolo. La chiesa è a tre navate separate da archi a tutto sesto ed ha un doppio transetto. La navata maggiore e il transetto sono coperti con volta a botte cassettonata, mentre le navate minori con cupolette, anch'esse cassettonate.

La navata centrale termina con la profonda abside, all'interno della quale si trova il presbiterio, rialzato di alcuni gradini rispetto al resto della chiesa, riformato dopo il Concilio Vaticano II. Alle spalle dell'altare maggiore barocco, in marmi policromi, al di sopra del coro ligneo, vi è il gruppo scultoreo dell'Assunzione di Maria in Cielo. Nella settimana di Ferragosto l'Altare Maggiore viene adornato da una splendida tovaglia realizzata per la festività della Madonna Assunta in Cielo realizzata presso il Monastero delle Monache Benedettine di Fermo dal 1914 al 1917. Il ricamo raffigura la processione che ancora oggi si svolge in occasione delle manifestazioni della Cavalcata dell'Assunta. Nella processione le diverse contrade offrivano in dono alla Vergine i frutti del loro lavoro.

Nella Cappella del Sacramento è custodito il ciborio bronzeo realizzato nel 1570-71 da Girolamo Lombardo.