Księga Liber pontificalis ecclesiae Ravennatis Agnellusa z Rawenny z IX wieku oraz przekazy i kolejne wykopaliska, przeprowadzone w ciągu wieków wskazują, iż był to prawdopodobnie budynek składający się z pięciu naw przedzielonych czterema rzędami kolumn (po 14 kolumn w każdym), z apsydą, wieloboczną na zewnątrz i półkolistą wewnątrz. Ściany nawy głównej przeprute były siedmioma oknami z ambrazurami. Mozaikowa posadzka znajdowała się około 3,50 metra poniżej obecnej posadzki. Ściany wewnętrzne katedry były wyłożone płytami z marmuru i ozdobione mozaikami i sztukateriami. Całość utrzymana była w stylu rawenneńskim. Biskup Agnello, podarowal katedrze w II połowie VI wieku ambonę z greckiego marmuru, pochodzącą z Konstantynopola, która, choć wielokrotnie przerabiana, zachowała się do dziś w nawie katedry. W średniowieczu w kościele przeprowadzono kilkakrotnie prace remontowe i renowacyjne, które znacznie zmodyfikowały jego pierwotny wygląd. Na przełomie X i XI wieku dobudowano cylindryczną kampanilę i kryptę. W 1112 arcybiskup Geremia zlecił dekorację apsydy nowymi mozaikami. W XVI wieku posadzka katedry, zalanej błotem ze względu na zjawisko osiadania, które obejmowało całe miasto, została podniesiona skrywając średniowieczną kryptę (odkrytą ponownie w XIX wieku).