La cathédrale de Noyon, c'est d'abord une série de chiffres à couper le souffle : Longueur totale 102 m ; largeur de la façade occidentale 32,80 m ; hauteur de la nef 21,50 m ; longueur du transept 48,60 m. Ce colosse réserve une surprise avec une largeur de nef assez réduite (10,50 m) et un transept encore plus fin (9,60 m). La façade, d'une grande sobriété, à trois portails sous porche, est encadrée par deux massives tours-clochers. Elles étaient probablement identiques à l'origine, mais un incendie survenu en 1293 obligea à reconstruire la tour nord. La tour sud constitue donc le modèle le plus ancien. Cette façade est percée d'étroites baies surmontées par une élégante galerie. Les deux bras du transept s'achèvent par des hémicycles, conférant à l'ensemble une silhouette très originale. Cet agencement d'inspiration peut-être byzantine, est à rapprocher du bras sud du transept de la cathédrale voisine de Soissons, mais aussi de la cathédrale de Tournai (Belgique) avec laquelle Noyon entretint des relations étroites jusqu'au milieu du XIIe siècle. Le chevet, étayé par des contreforts assez discrets, laisse entrevoir les cinq chapelles rayonnantes disposées autour du chœur.

A l'intérieur s'étire une nef à cinq doubles travées et deux collatéraux. Elle possède quatre niveaux d'élévation avec grandes arcades, larges et vastes tribunes comme à Laon, triforium et enfin baies hautes apportant généreusement la lumière sous les voûtes quadripartites. Nous retrouvons au niveau du transept les deux croisillons caractéristiques achevés en hémicycles visibles de l'extérieur. Des triforia les parcourent, reliant les tribunes de la nef à celles du chœur. Ce chœur possède lui aussi quatre niveaux d'élévation avec grandes arcades, tribunes répondant donc à celles de la nef, arcatures aveugles et fenêtres hautes. Il est cerné d'un large déambulatoire s'ouvrant sur le transept par des arcs outrepassés, desservant les cinq chapelles rayonnantes.

Le groupe épiscopal a partiellement gardé ses dépendances : une galerie du cloître, la salle capitulaire du XIIIe siècle, le squelette de la chapelle de l'évêque, mais aussi la surprenante bibliothèque du chapitre à pans de bois du XVIe siècle.