Kościół został odbudowany w średniowiecznej formie według projektu Jana Zachwatowicza. Mury są otoczone skarpami i przykryte wysokim, ostro zarysowanym dachem pokrytym blachą (do 1986 r. leżały dachówki). Fasadę zamyka trójkątny szczyt zwieńczony sterczynami, wymurowany w cegle, a jego płyciny pomiędzy laskami otynkowano. Dolną część fasady z trzema podłużnymi, ostrołucznymi oknami dekoruje kamienny fryz z gmerkami, herbami, znakami rzemieślniczymi z czasów Piastów. Na ścianach bocznych widnieje fryz sgraffitowy zrekonstruowany na podstawie fragmentów z ocalałych murów.
Nawy kościoła są równej wysokości (typ budowli halowej), ale wyższe od prezbiterium. Nawę główną - szerszą - od bocznych oddzielają cztery pary smukłych kolumn. We wnętrzu zastosowano żelbetową konstrukcję dachową (proj. Stanisława Hempla) opierającą się na filarach nawy głównej, by nie obciążać ścian i nadwątlonych fundamentów. Gwiaździste sklepienie nawy głównej i prezbiterium wymurowano z tzw. wolnej ręki (średniowieczny sposób). Wnętrze otynkowano pozostawiając ceglane profile żebrowania. Łuki sklepienne spinają zworniki z piaskowca z herbami: Księstwa Mazowieckiego, kapituły, Prymasa Augusta Hlonda i kard. Stefana Wyszyńskiego. Spływające ze sklepień żebra podtrzymują służki gotyckie odtworzone na podstawie odnalezionej służki średniowiecznej.
Wzdłuż lewej nawy widoczne jest wejścia do bocznych kaplic różnych stylowo. Obydwie nawy boczne zamykają kaplice. Kaplica Cudownego Pana Jezusa wybudowana w XVIII w. ocalała w dobrym stanie. Kompozycja marmurowego portalu została powtórzona w głównym ołtarzu, którego zwieńczenie dekoruje stiukowe wyobrażenie narzędzi Męki Pańskiej. Z dużą pewnością można wskazać na Kacpra Bażanka jako autora tych realizacji. Kaplica ma marmoryzowane ściany i pilastry w nawiązaniu do odnowy z 2. poł. XVIII w. Prawą nawę zamyka całkowicie zrekonstruowana Kaplica Literacka w stylu barokowym.
Pod marmurową posadzką znajdują się krypty.
Archikatedra ma przylegającą do niej zakrystię z 2. poł XVIII w. projektu Jakuba Fontany widoczną od ulicy Kanoniej. Stojąc na tej ulicy zobaczymy też arkadowy ganek łączący w przeszłości świątynię z Zamkiem Królewskim.
XIII/XIV w. - Budowa drewnianej kaplicy zamkowej.
15 października 1339 r. - Odczytanie wyroku sądu w procesie polsko-krzyżackim (pierwsze udokumentowane wydarzenie).
Lata 90. XIV w. - Dobudowanie do murowanego kościoła (wielkości obecnego prezbiterium) trzech naw tej samej wysokości przez budowniczych z Wrocławia sprowadzonych przez księcia Janusza I Starszego.
1398-1399 - Książę Janusz I sprowadza kapitułę kolegiacką z Czerska.
1402 r. - Papież Bonifacy IX zatwierdza kolegiatę.
5 stycznia 1406 r. - Biskup poznański Wojciech Jastrzębiec wydaje przywilej erekcyjny.
1561 r. - Pierwszy synod duchowieństwa.
Październik 1588 r. - Wystawienie zwłok króla Stefana Batorego.
1. poł. XVII w. - Przebudowa fasady oraz fundacja ołtarza głównego przez króla Zygmunta III Wazę.
1631 r. - Drugi synod duchowieństwa, który ustalił zasadę odprawiania obrzędów religijnych według rytuału na wzór Rzymu.
l2 września 1637 r. - Zaślubiny Władysława IV z Cecylią Renatą wraz z koronacją królowej.
1670 r. - Koronacja królowej Eleonory Rakuskiej, żony króla Michała Korybuta Wiśniowieckiego.
1705 r. - Koronacja Stanisława Leszczyńskiego.
1764 r. - Koronacja Stanisława Augusta Poniatowskiego.
1791 r. - Zaprzysiężenie Konstytucji 3 Maja.
1798 r. - Podniesienie świątyni do godności katedry.
1817/1818 r. - Podniesienie świątyni do godności archikatedry.
1. poł. XIX w. - Przebudowa wnętrza i fasady świątyni przez Adama Idźkowskiego w stylu neogotyku angielskiego.
28 października 1919 r. - Achille Ratti, późniejszy Pius XI, otrzymuje sakrę biskupią.
Wrzesień 1939 r. - Uszkodzenia świątyni przez bomby lotnicze i ostrzał artyleryjski.
Sierpień 1944 r. - Walki powstańcze na terenie katedry zakończone zburzeniem kościoła przez Niemców.
1948-1958 - Odbudowa katedry pod kierunkiem Jana Zachwatowicza i Stefana Marzyńskiego.
9 czerwca 1960 r. - Konsekracja świątyni przez Prymasa Polski Stefana Wyszyńskiego.
27 stycznia 1961 r. - Przyznanie archikatedrze tytułu bazyliki mniejszej przez papieża Jana XXIII.
1979 r. - Nawiedzenie bazyliki przez Jana Pawła II.
1987 r. - Spotkanie matki Teresy z Kalkuty z Janem Pawłem II podczas pielgrzymki do Polski.
2006 r. - Nawiedzenie bazyliki przez Benedykta XVI.