Em estilo romano, o prédio possui duas torres e uma grande cúpula. A Catedral tem capacidade para mil pessoas, sendo 700 sentadas.

Altares
São seis altares laterais e um altar-mor, todos em mármore.

Altares laterais
1 – Nossa Senhora do Carmo
2 – Sagrado Coração de Jesus
3 – São Francisco de Assis (SF)
4 – Santa Mônica (SM)
5 – Sagrado Coração de Maria (SCM): ofertado pela Colônia Libanesa em 1962
6 – Nossa Senhora de Fátima: ofertado pela Colônia Portuguesa em 1958.

Altar central
No altar principal, temos três imagens: no centro, Santo Antônio (padroeiro da cidade, da arquidiocese, da paróquia e do Seminário); ao lado direito, São José, e ao esquerdo, Maria.

Na parte inferior, existe um painel em mármore escuro. Segundo os padres, o desenho esculpido oferece duas possíveis interpretações: a morte de Santo Antônio ou um dos possíveis milagres do santo (quando ele teria ressuscitado um homem).

Ao lado do painel, existem alguns enfeites dourados que dão a impressão de serem uva e trigo, alimentos que são transformados em corpo e sangue de Cristo, na celebração eucarística.

Na parte inferior deste altar central existe uma capela subterrânea coberta pelo tapete vermelho onde há alguns túmulos (seis covas) que guardaram os restos mortais de ex-bispos, mas atualmente está vazio e é aberto somente para limpeza.

Vitrais
Os vitrais temáticos sempre foram um recurso utilizado pela igreja, não só como decoração, mas como engajamento do cristão na religiosidade, já que muitos não sabiam ler e conheciam a Bíblia através dos desenhos.

No interior da igreja, temos 10 pequenos (sendo seis na parte debaixo, e quatro no presbitério). Na parte superior, próximo às pinturas, temos mais seis vitrais grandes. Todos retratam situações e momentos marcantes da vida de Santo Antônio. Eles foram doados e os nomes das famílias e dos doadores estão descritos na parte inferior de cada um. Não se sabe a origem deles, mas acredita-se que tenham sido fabricados em Petrópolis ou numa casa de vitrais que existia na Lapa, no Rio de Janeiro.

Quadros da Via Sacra
A Via Sacra é uma cerimônia religiosa em que se recorda a paixão, morte e ressurreição de Jesus Cristo. É dividida em 14 estações, ou sejam, momentos. Desta forma, a Igreja possui, ao longo de seu interior, quadros retratando cada momento que são coloridos, em gesso e cimento, e em alto relevo.

Imagens de Santo Antônio
Também no fundo da igreja, existe uma grande imagem de Santo Antônio, da qual os fiéis a utilizam para prestar suas homenagens e fazerem orações. Mais de seis mil pessoas passam pela imagem semanalmente.

A Catedral possui uma outra imagem, o “Santo Antônio Fujão”. Conta-se que na construção da capela em Juiz de Fora, a cada dia, a imagem aparecia em um local diferente, em uma fazenda ou em uma residência, porque toda a população queria tê-la em casa, justificando este nome. Ela é a primeira imagem do santo de Juiz de Fora. Como a obra necessita de uma restauração, encontra-se guardada na Catedral e exposta somente nas festas do padroeiro.

Sala de Batismo
Anteriormente, os batizados na Catedral eram realizados no fundo da igreja, numa grande pia. Mas com o número sempre elevado, a cerimônia deixou de ser realizada neste local e foi transferida para o altar-mor.

Túmulos
No lado direito, temos dois túmulos, em mármore, no chão. Um abriga os restos mortais do primeiro bispo da diocese, Dom Justino José de Sant’ana. O outro está vazio. E temos mais seis vazios na capela subterrânea do altar-mor.

Dedicação da Igreja
No interior da igreja existem ainda, quatro cruzes em mármores: duas na porta de entrada, e duas próximas ao altar. Simbolizam a dedicação do templo, realizada em 12 de junho 1988. Esta cerimônia significa que a igreja é dedicada a Deus, e seu uso será exclusivo ao culto divino. Cada cruz simboliza um dos evangelistas e possui uma vela na sua parte superior. Uma placa de registro da cerimônia está fixada na parede, no fundo da igreja, próximo à entrada principal.

Pintura
Assim como os vitrais, as pinturas na igreja não possuem somente um caráter decorativo, mas também de catequese, já que ao narrar fatos e personagens religiosos, acabam por evangelizar.

Todo o teto da Catedral é coberto por pinturas. Algumas datam de 1956. São elas:

- No altar-mor são todas retiradas dos Evangelhos: o triângulo e a pomba significam a Santíssima Trindade, na ponta, há dois anjos incensando o triângulo, retratando um sinal de oração e os anjos, ao redor, adorando a Deus.

- Na parte inferior, existem dois quadros: Jesus, ainda menino, pregando entre os doutores da lei; e no lado direito, a partilha do pão. No teto, vários símbolos: cajado (simboliza o pastoreio, aquele que cuida de suas ovelhas), âncora (a igreja é a barca de Jesus) e o triângulo (Santíssima Trindade).

- A Cúpula foi construída em 1950. Abaixo dela, temos quatro pilastras centrais com pinturas que representam os quatro evangelistas. Cada um está acompanhado por símbolo, levando em conta o início de cada Evangelho: 1) Mateus-Homem: ele começa seu Evangelho descrevendo a genealogia de Jesus; 2) Marcos-Leão: ele inicia falando de João Batista no deserto, que é tido como a morada do leão e sinal de força; 3) Lucas-Touro: abre seu texto citando Zacarias e o sacrifício no templo, por isso o vitelo, vítima do sacrifício; 4) João-Águia: começa o texto escrevendo sobre a encarnação do Verbo, aquele que veio de cima, assemelhando-se à águia que é o animal que alcança maiores alturas.

- Já nos corredores centrais, há pinturas de Pedro e Paulo, os grandes apóstolos; do Cordeiro de Deus, Jesus Cristo; dois anjos, anunciadores da paz. Na parte superior, no início da igreja, temos a imagem de Santa Cecília, padroeira dos músicos, tocando uma harpa (neste local, ficavam os instrumentos musicais e o coro da igreja).

Formato
A disposição do espaço físico é em formato de cruz. A fachada é composta por três portas com vergas de arcos plenos e frontão triangular. Acima dessa fachada, o segundo plano se impõe pela grande rosácea em vitral. Temos duas torres cúbicas, com janelas em bico e agulhas cônicas. No interior, uma enorme cúpula sustentada por quatro arcadas romanas, proporciona amplidão de espaço e farta iluminação.

Tombamento
A fachada da Catedral foi tombada em 27 de setembro de 2001, pelo decreto municipal 7135 na administração do prefeito Tarcísio Delgado, levando em consideração o valor histórico e cultural, a composição das fachadas de características românicas e o conjunto arquitetônico harmonioso (nave central, as torres, o transcepto e as capelas poligonais).

Os objetos de preservação, cuja inscrição está no Livro do Tombo, abrangem a volumetria construtiva e as fachadas voltadas pra a Avenida Barão do Rio Branco e Ruas Fernando Lobo, Santo Antônio e Espírito Santo.

Estátua Exterior
Do lado de fora, em frente à porta central, temos uma estátua, com cerca de 1,5 m, em homenagem a Dom Justino José de Sant’ana, primeiro bispo da Diocese de Juiz de fora. Foi inaugurada um ano após sua morte, pelo sucessor Dom Geraldo Maria de Morais Penido, durante a administração do prefeito Olavo Costa. Ela traz na sua parte inferior uma placa com os nomes de todos os vereadores da época.

Gruta
Externamente, temos também a Gruta Nossa Senhora Aparecida, onde centenas de fiéis passam diariamente para fazerem suas orações e acenderem suas velas. Decorada de azul e repleta de estrelas, a pintura interna foi refeita no ano de 2009.