L'abbatiale mesure 127 mètres de long contre 125 mètres à Notre-Dame de Paris. Elle possède une façade de style classique qui tranche avec le reste du bâtiment. La porte est encadrée par les statues monumentales des ducs de Normandie Richard I et II, les deux bienfaiteurs de l'abbaye. La nef est étayée par des contreforts assez massifs et des arcs-boutants. A la croisée du transept culmine un haut clocher gothique de 65 mètres de haut.

On découvre à l'intérieur une immense nef à 10 travées et deux collatéraux. L'élévation des voûtes est impressionnante. Les murs sont percés dans leurs niveaux supérieurs de nombreuses baies qui apportent une grande clarté. La tour-lanterne, véritable puits de lumière, s'envole sous voûtes à 40 mètres. Le chœur possède un déambulatoire desservant plusieurs chapelles rayonnantes. Au nord, nous trouvons les seuls vestiges datant de l'époque romane. Toutes les chapelles furent fermées au début du XVIe siècle par des clôtures finement sculptées. On y découvre plusieurs gisants remarquables, ainsi que le tombeau de Guillaume de Volpiano. La chapelle axiale est consacrée à Notre Dame et date du XVe siècle. Face à elle, adossé au chœur, se situe le tabernacle du Précieux Sang.

Dans le chœur trône le maître-autel renaissance précédé par un autre maître-autel à baldaquin du XVIIIe siècle cette fois. Un beau reliquaire du XIIe siècle y est également visible. Il était autrefois couvert de polychromie.

Dans le bras sud du transept reposent sous une dalle les corps de Richard I et Richard II. On admire à quelques pas un bas-relief connu sous le nom de dormition de la Vierge. A côté figure un reliquaire abritant le " Pas de l'Ange ", trace qu'aurait laissée une créature ailée dans la pierre en 943, à l'occasion de la dédicace d'un précédent sanctuaire. Dans le croisillon nord enfin, figure une horloge datée de 1667. Elle indique notamment l'amplitude des marées et les phases de la lune.