O templo, de três naves, transepto ligeiramente saliente, torre lanterna sobre o cruzeiro e cabeceira tripartida, significa uma rutura para com o esquema de catedrais românicas seguido até então no nosso país (Braga e Porto) e constitui um ponto de partida da chamada tipologia de catedrais do Sul (Coimbra, Lisboa e Évora). Para este facto muito terá contribuído a ação de Mestre Roberto, arquiteto de origem francesa que trabalhou também na Sé de Lisboa e em Santa Cruz de Coimbra, e que se deslocou, pelo menos duas vezes, à Catedral coimbrã para resolver problemas estruturais.
De todo este projeto inicial destaca-se a profusão de capitéis decorados com temas vegetalistas e animalistas, no que constitui o mais rico programa iconográfico do Românico português e, especialmente, a configuração de fortaleza da fachada principal, organizada segundo um esquema compacto tripartido, com o corpo central avançado e duas poderosas torres inscritas na massa fortificada, toda ela terminando em ameias.
