La longueur de l'édifice est de 103 mètres, la nef étant légèrement désaxée par rapport au chœur. Après un narthex d'une travée (dont l'élévation n'est qu'à trois niveaux), on trouve une nef de dix travées.

Elle comporte une élévation à quatre niveaux : de grandes arcades, une tribune à arcades géminées surmontées d'oculi trilobés et bordées par une balustrade en fer forgé, un triforium à baies de quatre arcades sobres et des fenêtres hautes. L'existence d'une alternance entre piliers forts et faibles rappelle qu'à l'origine les voûtes étaient sexpartites et non quadripartites. L'architecte a fait alterner les étages aveugles (grandes arcades, triforium) et les étages apportant une abondante lumière de manière indirecte (c'est-à-dire depuis le mur de fond de la tribune) ou directe (fenêtres hautes donnant directement sur la nef).

L'une des chapelles latérales du collatéral sud est remarquable : il s'agit de la chapelle de Bonsecours, dont la construction a été décidée en 1528 par l'évêque Charles Ier de Hangest. Cette chapelle de 6 mètres de large pour 12 mètres de long, restaurée en 1928, est couverte par une voûte complexe à clefs pendantes. Le pendentif central représente le collier de l'ordre du St Esprit, dont faisait partie l'évêque.

       L'architecte de Noyon a pris le parti d'édifier un transept hémicirculaire (initiative qui n'a pas connu une grande postérité). Chaque croisillon comporte trois travées et un rond-point à cinq pans. L'élévation est là aussi à quatre niveaux.

Dans le rond-point, les grandes arcades, aveugles, contiennent des niches vides (au sud, les niches ont été remplacées par des fenêtres au XIXe). Le triforium est composé de baies à trois arcades et mur de fond plein. Contrairement à ce que l'on voit dans la nef et dans le chœur, le triforium est situé en dessous de la tribune et non au-dessus.

croisillon nord

Cette tribune, à claire-voie, est faite de baies à étroites arcades géminées. Les fenêtres hautes sont à deux lancettes. Dans les travées droites, on trouve le même type de disposition (le triforium est à quatre arcades). Dans la première travée, la grande arcade ouvre sur le bas-côté.

croisillon sud

       Le chœur comprend trois travées qui précèdent un rond-point à cinq pans donnant sur cinq chapelles rayonnantes. Dans les travées droites, on trouve de grandes arcades en plein cintre, une tribune (toujours à claire-voie) composée de baies à arcades géminées, un triforium à quatre arcades aveugles dans la première travée et cinq dans la seconde.
Les fenêtres hautes sont à baies simples. Dans le rond-point, les grandes arcades sont en arc brisé, la tribune n'a qu'une arcade brisée, le triforium ne comporte plus que trois arcades aveugles. Les travées sont séparées par des faisceaux de colonnettes rythmées par des tores. Les chapiteaux du déambulatoire constitue un florilège de l'expression sculpturale du XIIe avec une grande variété de motifs végétaux.