Nos restauros do século XX a rosácea foi reconstruída, e algumas janelas foram abertas e as torres e corpo central foram coroados com ameias.
As torres de planta quadrada possuem no último registro arcadas de cinco arquivoltas que permitem ver os sinos no interior.
A torre norte ainda é em grande parte autêntica, mas a sul teve de ser parcialmente reconstruída após o Terramoto de 1755.
No interior da torre norte há uma câmara coberta por uma abóbada com quatro máscaras românicas nos cantos, muito semelhante à abóbada do transepto da Sé de Coimbra.
O portal principal encontra-se protegido por um nártex e é ainda o original românico, possui quatro arquivoltas de volta perfeita com oito capitéis esculpidos com motivos vegetalistas e figurativos.
As esculturas figurativas têm temas diversos: homens que lutam montados sobre leões, o Arcanjo Miguel derrotando o dragão, uma figura de rainha (talvez representando uma virtude) e três pequenos personagens que poderiam representar mártires de Lisboa.
O interior da Sé possui poucas fenestrações e é muito escuro, e apenas a zona da capela-mor é iluminada por lunetas.
A nave central é mais alta que as laterais e possui uma galeria de arcadas (o trifório), a abóbada de berço da nave teve de ser reconstruída em pedra quando a Sé foi restaurada nos inícios do século XX.
Do lado esquerdo da entrada abre-se um batistério decorado com pinturas e azulejos azuis e brancos que contam episódios da vida de Santo António de Lisboa, a pia batismal é de mármore e tem forma octogonal.
Do lado esquerdo da nave, próximo à fachada principal, abre-se o portal da Capela de São Bartolomeu, construída c. 1324 como capela privativa do comerciante lisboeta Bartolomeu Joanes.
O portal da capela em estilo gótico está inserido num gablete e possui cinco arquivoltas de arcos apontados com capitéis vegetalistas. No interior, a capela de planta retangular contém o túmulo com jacente de Bartolomeu Joanes, datado do século XIV e decorado com as armas do defunto.
Na nave lateral norte abre-se o portal do Camarim do Patriarca decorado no interior com um retábulo, e imagens e pinturas da era barroca.
Adossada à nave lateral sul se encontra o edifício da Sacristia que foi construído em meados do século XVII (1649), e atribuída ao arquitecto Marcos de Magalhães, e no interior destacam-se os embutidos de mármore e o arcaz de madeira de António Vaz de Castro.
A atual capela-mor é de caráter barroco e foi construída e decorada na segunda metade do século XVIII, após o Terramoto de 1755.
A capela é de três tramos separados por pilastras com capitéis jônicos e é revestida por painéis de calcários de cor vermelha, branca, amarela e azul.
A cobertura é de abóbada com lunetas, o que permite a entrada de luz, revestida com estuque e exibindo vários painéis pintados.
Os temas dos painéis centrais são Deus, Jesus e o Espírito Santo, enquanto que os painéis laterais, localizados sobre as lunetas, representam símbolos associados a Maria e a Cristo: a ave fénix, o Agnus Dei, pão, sol, trigo, açucena, porta, rosa, pelicano e chamas.
O pavimento é também revestido com calcários de várias tonalidades, formando padrões decorativos geométricos.
A parede testeira da capela é ocupada por um simples altar com um painel pintado representando a "Assunção da Virgem" envolvido por uma moldura em cantaria, ladeiam o painel duas tribunas com varandim e balaustrada e, ao lado destes, confrontados, encontram-se os arcossólios com os túmulos de D. Afonso IV e sua esposa D. Beatriz.[3]
Os túmulos, refeitos após o terramoto pelo escultor Joaquim Machado de Castro, têm forma de urna.
O do rei é decorado com anjos a abrir uma cortina e é encimado por uma águia e a inscrição latina traduzida por ("Almejo a grandeza") relativo à Batalha do Salado em que D. Afonso IV teve destacada atuação.
O túmulo da rainha é decorado por anjos que seguram uma cruz, um livro e uma cornucópia, e é encimado por um pelicano.
Ambos túmulos ostentam os escudos reais e os símbolos da morte: o crânio com as tíbias cruzadas
A capela-mor tem ainda dois órgãos, um deles construído na década de 1780 pelo organeiro Joaquim António Peres Fontanes e o outro recente da década de 1960, construído pela firma holandesa Flentrop.