Po śmierci Gucewicza ostatnie prace prowadził Michał Szulc. Nowa katedra zachowała trójnawowy układ wywodzący się jeszcze z gotyckiej katedry. Wschodnia fasada ozdobiona została sześciokolumnowym portykiem, a u szczytu fasady wznoszą się figury św. Kazimierza, św. Heleny i św. Stanisława. W kolumnadzie fasady południowej ustawiono posągi królów polskich i wielkich książąt litewskich, które wykonał Kazimierz Jelski. W głównym ołtarzu znajduje się obraz Franciszka Smuglewicza Zamordowanie św. Stanisława przez Bolesława Śmiałego. Przy końcu naw bocznych umieszczono posągi Miłość Bliźniego i Miłość Boga, których autorem Tommaso Righi. Righi jest także autorem posągów w zewnętrznych niszach katedry oraz rzeźb na tympanonie i fryzu nad wejściem. Na filarach od strony głównej nawy znajdują się obrazy pędzla Franciszka Smuglewicza przedstawiające dwunastu apostołów. Na ścianach bocznych znajduje się 16 obrazów Constantina Villaniego. Świątynię otacza 11 kaplic, z czego dwie zachowały się z poprzedniej katedry: wyżej wspomniana Kaplica św. Kazimierza oraz Kaplica Wołłowiczowska (zwana też Królewską lub Niepokalanego Poczęcia).