Il luogo di culto è affiancato da un imponente edificio sorto adattando quel che restava del Vecchio Arcivescovado rimodulato in epoca normanna e dimora del promotore della Cattedrale, l'arcivescovo Gualtiero Offamilio. Le origini del primitivo aggregato con le medesime funzioni risalgono al 444.

La facciata del 1628 rivolta a meridione, compresa fra due alte lesene laterali, consta al primo ordine di un ingresso centrale delimitato da finestroni con grate. Il portale è composto da due colonne di marmo grigio con capitelli ionici sormontate da un timpano arcuato e spezzato che accoglie uno stemma coronato retto da due angeli, recante l'emblema francescano.

Addossato alla controfacciata il coro sorretto da quattro colonne in pietra di Billiemi. Il soffitto del sottocoro, costituito da due grandi volte a crociera centrali e due più piccole per le corrispondenti porzioni di navate laterali, è ricoperto dagli splendidi stucchi del grande Giacomo Serpotta e del fratello Giuseppe eseguiti nel 1693. Gli affreschi, con episodi della vita della Santa Vergine, sono realizzati da Filippo Tancredi. I quadroni parietali, attribuiti a Pietro dell'Aquila sono dedicati alla patrona di Palermo Santa Rosalia.

La lunetta sovrastante l'arco trionfale del presbiterio e decorata con gli stucchi di Giovanni Maria Serpotta raffiguranti la Madonna di Monte Oliveto del 1758. La volta della navata è affrescata da Pietro Novelli. L'Allegoria della Redenzione imponente pala di Giuseppe Patania del 1818 sovrasta la mensa.

La sacrestia, altrimenti nota come Cappella delle sorelle Spatafora, ambiente affrescato da Filippo Tancredi presenta un altare in marmi mischi con colonne tortili, un vero trionfo di putti, riccioli, volute su sfondo d'intarsi floreali e animali. Nell'edicola un drappo a baldacchino incornicia una Natività. Incastonati alla parete due teatrini raffiguranti scene della Natività di Gesù e della Presentazione al Tempio, opere attribuite a Procopio Serpotta. Nicchie con statue, ovali e cornici mistilinee con affreschi, un lavabo ad edicola di fattura gaginesca completano lo spazio.