Nhà thờ Chánh tòa Milano ban đầu được thiết kế với 3 gian chính, sau đó được mở rộng ra thành 5 gian. Mặt tiền của nhà thờ được thiết kế thành những cạnh nhỏ, đan chéo lên nhau như một tấm lưới mềm mại.
Tổng thể Nhà thờ Chánh tòa Milano có hình dáng như cây thánh giá, với diện tích gần 15000m², dài 157m, rộng 93m, có sức chứa đến 40.000 người, là nhà thờ lớn nhất nước Ý và lớn thứ tư ở Châu Âu (ba nhà thờ lớn nhất Châu Âu : San Pietro ở Vatican, Saint Paul ở London và Seville ở Tây Ban Nha).
Nhà thờ Chánh tòa Milano có một gian lớn ở giữa cao 45m, bốn lối đi phụ hai bên, được chống đỡ bởi 40 trụ cột cao 24,5m. Nhà thờ được xây bằng đá cẩm thạch trắng do đại quý tộc Gian Galeazzo Visconti (1351~1402) trao tặng.
Ngoài những đường nét tinh tế trong kiến trúc, Nhà thờ Chánh tòa Milano thu hút khách du lịch bởi vô số những bức tượng được điêu khắc tinh tế trang trí bên ngoài nhà thờ.
Có tất cả 135 chóp kim nhọn và 3.400 tượng xung quanh, trong đó chóp Madonnina được xây dựng năm 1762, có chiều cao 108,5m do Francesco Croce thiết kế.