El terreno donde se encuentra construida la catedral o planta basilical comprende lo mismo que cualquier manzana de la ciudad: 120 metros de largo por 80 metros de ancho. La catedral mide 97.67 metros de largo por 51 metros de ancho, se encuentra trazada en cruz griega y está colocada en la misma posición cardinal que la de San Pedro en Roma, al oriente el altar de los Reyes, al poniente la entrada principal llamada del perdón o papal, al norte la portada real, y al sur una portada sencilla sin adorno alguno
La torre norte, la única que tiene campanas, llamada también torre vieja se terminó en 1678 durante el reinado de Carlos II de España, sin costo de vidas y a cargo del maestro mayor Carlos García Durango, según consta la inscripción grabada en la pared interior del primer cuerpo de la torre. La torre sur fue construida posteriormente el año de 1731 y estrenada el 29 de septiembre de 1768 durante el gobierno episcopal de Francisco Fabián y Fuero. Ambas tienen 70 metros de altura, siendo en su época las más altas de las colonias americanas.
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Las dos torres al frente del templo son iguales y cuadradas cuyos cubos montan a la altura de la fachada principal rematados en cornisa, sobre este sube el primer cuerpo que es de orden dórico con tres pilastras en cada frente, y dos arcos para campanas, uno en cada intercolumnio: dichas pilastras tienen sus pedestales y reciben la cornisa correspondiente, resaltando el arquitrabe y frisorrosetas talladas en la propectura de la cornisa, en el friso hay triglifos que carecen de metopas.
Los arcos son de proporción dupla con sus impostas, jambas y fajas que los guarnesen, rompiendo estos sobre el pedestal y asegurados con balaustradas de cantería, siendo todos los de este primer cuerpo ocho, el espacio que hay entre éstos y la cornisa, está dividido por una faja, siendo lo demás almohadillado.
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Corona esta cornisa una sobria balaustrada interceptada con pedestales en las esquinas y en la medianía de los frentes, en los que rematan almenas redondas piramidales, sigue un zócalo ochavado, superior tres veces al balaustrado, el que en cada ángulo tiene una almena como las anteriores, quedando estas más altas que las otras y en medio de ellas.
La torre vieja es la única que tiene campanas sumando diez, ocho esquilas o campanas menores y una campana para el reloj. La de mayor peso y fama es la llamada "campana María" el peso máximo registrado de esta con su badajo es de 8 toneladas 572 kilos y 572 gramos. El reto y las tremendas dificultades que implicó subir la campana María a través de un angosto vano hizo surgir la famosa leyenda de que fueron los ángeles quienes la subieron y sujetaron en su sitio. La realidad es que fue subida un día de San Marcos de 1732 por el indio Juan Bautista Santiago, maestro mayor a cargo de las obras
La del medio, que resguarda la llamada "Puerta del Perdón", se eleva 34 metros y se abre solo en las grandes ocasiones lo mismo que en la Catedral de México y otras. Fue terminada en 1664. Esta portada está dividida en tres cuerpos: el primero del orden dóricocon cuatro medias columnas estriadas con sus pedestales y cornisa, en los intercolumnios hay dos nichos bien trabajados, con dos estatuas de piedra de Villería, una la de San Pedro con libro y llave; y la de San Pablo con la espada, en medio la puerta del Perdón cuya imposta corre arriba de los nichos y entre esta y la cornisa se hallan unos escudones de Villería con los escudos de la catedral: un jarrón de azucenas, símbolo de la Inmaculada Concepción de María.