墨西哥大教堂为巴洛克式建筑，用黑色玄武岩砌成。其石墙很厚，并用很粗的铁链加固，以达到增加抗震强度的目的。教堂呈传统的拉丁十字形布局，有一个中殿和两个侧殿。中殿为纵向长方形，南北长110米，东西宽55米。中殿纵深处的大祭坛有典型的文艺复兴式圆形拱顶。拱顶上有许多装饰华丽的拱架及各种浮雕绘画。与中殿呈十字形交叉的侧殿中，设有许多小祭坛和7个小教堂。其中一些小教堂是后来的艺术家们建造的。皇家祭坛，又称皇家小教堂，是整个教堂中最漂亮的建筑。它是仿照西班牙塞维利亚大教堂的皇家祭坛修建的，装饰极其讲究，是建筑艺术中的珍品。祭坛顶部穹隆上，镶嵌着各种金银珠宝和珍贵华丽的雕饰，半圆形壁龛上布满了精致复杂的精美雕塑。