La costruzione del nucleo più antico dell'attuale cattedrale, composto da una sola navata, è iniziata nel X secolo durante l'episcopato del vescovo Alberico e si è conclusa con il suo successore Benzone. Soltanto nel 1466 l'edificio assunse strutturalmente l'aspetto attuale di chiesa a tre navate, grazie ad un ampliamento voluto dal vescovo Antonio Feletto. L'interno della cattedrale è a pianta a croce latina con tre navate separate da due file di archi a tutto sesto poggianti su pilastri quadrangolari con semicolonne.

Nei pressi del portale maggiore vi è una acquasantiera in marmo greco ricavata da una fontana del I secolo con scolpite teste leonine e animali marini. Sopra la porta di uscita principale c'è un affresco raffigurante la Crocifissione, opera attribuita a Pellegrino da San Daniele. Sulla parete sinistra ci sono degli affreschi dei secoli XIII-XIV raffiguranti una processione in onore di Santo Stefano e due tele con San Lorenzo, Sant'Orsola e Santa Caterina d'Alessandria (1729) e Sant'Antonio da Padova (1864).

L'altare maggiore, in stile barocco, è stato realizzato tra il 1734 e il 1737, sullo sfondo un dipinto raffigurante la lapidazione di Santo Stefano ad opera di Sante Peranda. Sulla parete destra un monumento funebre del 1534 dei fratelli Francesco e Giovanni Argentino, entrambi vescovi di Concordia.

La cappella dei santi martiri concordiesi venne ampliata nel 1903 dal vescovo Francesco Isola e da Celso Costantini, allora vicario della cattedrale. Il 25 aprile dello stesso anno venne consacrato l'altare marmoreo in stile gotico-italiano con sei piccole edicole raffiguranti in mosaico i martiri Donato, Romolo, Secondiano, Giusto, Solone e Lucilla. Dietro l'altare c'è una tela del Padovanino. Le ossa dei martiri sono custodite all'interno di una preziosa urna a sua volta conservata in un sarcofago romano di età flavia. Le ossa dei martiri nel corso dei secoli trasudarono acqua la quale venne collezionata in piccole ampolle; una di esse, sigillata nel 1870 è ancora custodita all'interno della cattedrale.

Il complesso decorativo della cappella è stato affidato a Guido Prayer che nel 1924 realizzò le decorazioni murali della volta e due dipinti su tela: "Il martirio di San Donato e compagni" e "Concordia romana-cristiana".