El edificio que ha llegado hasta nuestros días se organiza en tres naves y responde a una planta de cruz latina, resultado de un largo proceso constructivo. El ábside principal, realizado en el siglo XVI en estilo hispano-flamenco, sustituyó al original románico; no obstante, la traza de este primitivo ábside puede reconocerse actualmente gracias a la señalización conservada en el pavimento de la capilla mayor, colocada tras las excavaciones arqueológicas. Los ábsides laterales, en cambio, sí pertenecen a la etapa románica y se cubren con bóvedas de horno, manteniendo el carácter medieval del conjunto. A pesar de las ampliaciones y reformas impulsadas en tiempos de la infanta Urraca y del arquitecto Deustamben, el resultado global es equilibrado y armónico. Estas intervenciones se vieron condicionadas por la estructura previa levantada por Fernando y Sancha, motivo por el cual los ábsides no presentan la misma anchura ni se alinean exactamente con el eje de las naves.

La nave central se eleva notablemente sobre las laterales y está cubierta por una bóveda de cañón, solución que también se emplea en el tramo recto del ábside y en el crucero, reforzando la sensación de verticalidad y monumentalidad del espacio. Las naves laterales, por su parte, se cubren con bóvedas de arista, más bajas y funcionales. Los arcos que separan las naves muestran un peralte muy pronunciado, aportando esbeltez al interior, mientras que los del crucero son polilobulados, un rasgo singular que revela la pervivencia de tradiciones mozárabes y evidencia la convivencia de distintas influencias artísticas en la evolución del templo.