La cathédrale de Dol se dresse à l'angle nord-ouest de la petite ville. Elle domine la rive sud des marais noirs, aujourd'hui mis en culture, qui résultent du comblement de la baie du Mont-Saint-Michel à une époque ancienne. Elle est presque entièrement construite en granit, probablement extrait des carrières du Mont Dol voisin.

La façade occidentale de la cathédrale paraît très austère et peu homogène. Cette austérité s'explique par la présence de l'enceinte urbaine qui bordait le coté ouest et nord de la cathédrale et rendait tout décor sans utilité.

Les deux premiers niveaux du clocher sud sont partiellement romans et assez hétérogènes. A la fin du moyen âge on lui a ajouté deux autres niveaux. Ces travaux mirent à mal la structure du clocher et au XVIIe siècle des travaux d'urgence furent menés pour éviter son effondrement.

Le clocher nord parait plus homogène bien qu'il cache un noyau roman. Construit dans les années 1520 il possède une décoration assez inhabituelle. Il n'a toutefois pas été achevé.

La façade entre les deux tours possédait un porche assez fruste dont la destruction a laissé un pan de mur en moellon. Au dessus on trouvait une grande baie similaire à celles du transept et du chœur. Au XVIIIe siècle elle a été remplacée par trois baies austères surmontées par un oculus.

C'est sur la façade sud, face à la ville, que se trouvent les accès à la cathédrale. Un grand porche du XIVe siècle est placé devant la porte du transept sud. Il est décoré par des sculptures taillées dans le calcaire. Un autre porche plus petit datant du XIIIe siècle donne accès à la nef.

La nef, construite vers les années 1250-1275, paraît de l'extérieur assez austère. Arcs-boutants, contreforts et sculptures se font discrets. Les fenêtres sont plutôt réduites. Le vaisseau principal fait 6,5 m de large, 20 m de haut sous voûte et 38 m de long sur 7 travées. L'intérieur est plus décoré. L'élévation est classique, à 3 niveaux. Les colonnes des arcades du 1er niveau sont inhabituelles. Autour d'un fût central cylindrique, quatre colonnettes ont été ajoutées dont deux s'en détachent nettement. Il faut aller en Angleterre pour retrouver des modèles comparables. Au dessus les murs gouttereaux sont allégés par deux galeries étroites, une sur le triforium et une plus inhabituelle au niveau des fenêtres hautes. Les voûtes sont quadripartites.

Le transept et le chœur construits entre 1275 et 1300 sont assez proches dans les grandes lignes de la nef.

Le chœur fait la même hauteur et la même largeur que la nef et mesure 30 m de long sur 5 travées. Par contre le parti décoratif est un peu différent mais sans rompre l'unité aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur. Les bas-cotés du chœur sont flanqués de chapelles. Le chevet est plat, simplement fermé par une grande baie qui a d'ailleurs conservé ses vitraux d'origine. Le déambulatoire suit ce plan et est lui même rectangulaire. Les chevets plats sont rares pour les cathédrales en France mais communs en Angleterre ce qui est une preuve supplémentaire de l'influence d'outre Manche.

Le transept a la même élévation que le chœur mais sans les bas-côtés. Il est éclairé au sud et au nord par deux grandes baies. Le bras nord du transept est occupé par un somptueux tombeau de l'évêque Thomas James (mort en 1503) construit dans un style Renaissance très précoce. A la croisée se trouve une tour carrée peu élevée dont l'intérieur laisse supposer le projet d'y établir une flèche.

Au XIVe siècle le chœur a été prolongé d'une chapelle d'axe, qui porte la longueur totale de l'édifice à 94 m.