En entrant dans la cathédrale, on remarque immédiatement que la nef et le chœur ne sont pas construits sur le même axe, puisque ce dernier fut construit sans tenir compte de la nef qui devait être détruite (photo 1).
Celle-ci comprend trois travées de largeurs inégales. Les voûtes bombées s'appuient sur des ogives massives. Au dessus de l’entrée la rosace (6.70m de diamètre) est composée de morceaux de verre des XV^e et XVI^e. A droite et à gauche les chapelles, bâties aux XV^e et XVI^e siècles, abritent des fonts baptismaux et différentes sculptures et peintures. Bien que se trouvant dans la partie la plus ancienne, les verrières latérales qui éclairent la nef ont été réalisées dans les années 1950. Au fond, dans la plus petite travée, à 3 mètres environ du pilier, sous une dalle de marbre blanc, repose la dépouille mortelle de Paul Riquet, constructeur du canal des deux mers.

En avançant et après avoir laissé à sa droite l’énorme pilier central (photo 2) puis admiré, dans le faux transept, l'orgue érigé en 1613 et accroché à 17m de hauteur (photo 3 & 4), le visiteur passe maintenant dans le chœur.
Il comprend cinq travées, une abside à cinq pans et un déambulatoire sur lequel s'ouvrent 14 chapelles rayonnantes de forme pentagonale. Celles-ci (tout comme le déambulatoire) furent voûtées au XIV^e siècle et le cœur ne le fut qu’en 1609 après un incendie qui avait détruit la charpente de bois.

En avançant un peu, on peut admirer la double rangée de 114 stalles, de style Louis XIII (photo 4 & 5). La grande, au fond à droite, est particulièrement remarquable. Elle présente un triple siège pour le prévôt et le président du parlement encadrant le siège épiscopal, tout en bois de noyer finement travaillé, dominé par une petite vierge.

Le grand retable a trois niveaux, de composition baroque en pierre de taille, a été réalisé par Drouet et Mercier et représente la lapidation de Saint Etienne (premier martyr de l’histoire chrétienne).

De chaque côté du chœur, les grilles en fer forgé du XVIII^e sont identiques à celles des balcons du Capitole de Toulouse (photo 6). A l’origine les portes étaient dorées.
On peut déambuler dans le chœur par des couloirs latéraux (photo 2 & 5) longeant les chapelles et admirer les vitraux médiévaux (dont le vitrail royal avec les portraits de Charles VII et du futur Louis XI dans la 5° chapelle) ou les clés de voûte.

Signalons la 3° chapelle avec la grande statue du cardinal Desprez mort au XIX^e siècle, ou encore la 12° , avec le monument funéraire du Marquis de Puyvert et ses vitraux du XV^e réalisés au jaune d’argent.