Struttura e materiali

La Basilica è lunga 130 m, è larga 58 m circa, la facciata è 51 m e le volte centrali sono alte 45 m.
Si dice che la pianta della Basilica in origine fosse una croce latina e ogni estremità doveva prospettare sopra una piazza.
La facciata
le ultime ricerche fanno pensare che il progetto originale della facciata fosse a coronamento basilicale e in cotto, tranne le porte, le finestre, la base e il cornicione e altre decorazioni le quali dovevano essere marmoree. Per colpa di sopravvenute vicende se la basilica non fu compiuta; il rivestimento marmoreo fu iniziato nel 1556.

Fianchi e campanile
bellissimi sono i fianchi di rossi mattoni a cappelle cupsidate, benché incolpati e privi delle ghimberghe marmoree.
Interno
è diviso in 5 navate sorretto da 10 pilastri a fascio, sui quali si slanciano gli archi a sesto acuto e le volte:
le campate della nave maggiore sono a pianta quadrata. Due di queste navate sorreggono le 22 cappelle. L'interno del tempio, benché costruito in diverse epoche, è in stile gotico-padano: largo è il cavalcare degli archi e armonico l'elevarsi dei grandi piloni.

Museo di S. Petronio
Il museo fu ordinato in 2 sale a pianterreno nel 1893, riunendo 4 collezioni di grande interesse.
La prima è formata dai disegni architettonici relativi alla facciata, ma mancano alcuni disegni tipo quello di Antonio di Vincenzo.
La seconda contiene le suppellettili sacre (reliquiari, arredi, monumenti, ecc.).
La terza è composta con i graduali e antifonari miniati, con i quali furono corredati la cappella maggiore e il coro. La quarta comprende rare edizioni musicali, che formano il corredo della famosa cappella di S.Petronio.