La iglesia baja (actual parroquia de Cristo) se conserva en su integridad, y está formada por tres naves de cuatro tramos, más los ábsides de cabecera de factura algo posterior al resto.
Puede sorprender lo robusto de las pilastras y arcos para bóvedas tan bajas, pero debe considerarse que también soportan a la iglesia superior.
Por condicionantes del terreno esta primera iglesia se abre al Norte mediante un ventanal flanqueado por sendas puertas, todo ello cobijado por un atrio de la misma época. La mayoría de la decoración de los capiteles y claves son de carácter vegetal, aunque también existen elementos con iconografía simbólica, estos últimos son más frecuentes en las capillas y en la recientemente descubierta Puerta del Perdón, vinculada a los ritos de peregrinación y jubileo.
Durante los años 1982 y 1983, se realizaron excavaciones arqueológicas en el suelo de esta iglesia baja; una parte de los cien metros cuadrados en los que se trabajó puede contemplarse a través de un pavimento de cristal de la nave Norte. Allí aparecieron abundantes restos del primitivo asentamiento romano, entre los que destacan instalaciones termales e importantes fortificaciones. La cámara del horno romano fue el recinto donde se guardaron las cabezas de los mártires Emeterio y Celedonio durante la Edad Media, y en torno a la que se construyeron las sucesivas iglesias anteriores a la actual, cuyos vestigios pudieron reconocerse durante las excavaciones.
Además de las cabezas y de ‘varias composiciones de cuerpos de santos’, durante las excavaciones citadas, pudo comprobarse la existencia de una gran concentración de restos humanos en torno al lugar donde reposaban las cabezas de los Mártires. Este fenómeno, común con otras iglesias creadas sobre el sepulcro de un santo (San Pedro de Roma, Santiago de Compostela…), nos evidencia, tanto que las reliquias eran el más importante referente de la población a la que dieron origen y nombre, como la fe de sus gentes, que junto a ellas quisieron esperar la Resurrección.
Desde que en 1533, ante el avance del protestantismo, se realizó la ‘profanación piadosa’ de la tumba, al fin de recuperar las cabezas al culto, éstas, encerradas en sendos relicarios de plata, permanecieron en la iglesia baja, a donde han vuelto en nuestros días, y desde donde se sacaban en procesión hasta el altar de la iglesia superior en las grandes fiestas.
La actual Catedral de Santander se corresponde con la iglesia alta del proyecto original, por ello su planta primitiva coincide exactamente con la de la Baja. La puerta principal de acceso se abre al claustro por el Sur, como correspondería a un edificio abacial. La robusta torre campanil, que remata los pies del conjunto, evoca el sobrio carácter de fortaleza militar.
El edificio ha sufrido dos ampliaciones. La primer tuvo lugar en los siglos XVI y XVII mediante la construcción de capillas periféricas, la segunda y más importante, se hizo después de la ruina ocasionada por el incendio que destruyó la ciudad en febrero de 1941.La catedral que se abrió de nuevo al culto en 1953 casi duplica la capacidad del edificio original, gracias al añadido de crucero, cimborrio, ábside y girola. La reconstrucción respetó y mantuvo el estilo gótico de la parte recuperada. correspondiente a las navas, mientras que introdujo en los añadidos discretos elementos clasicistas para que se distinguieran de la parte primitiva.
La escueta decoración se limita a ménsulas, capiteles, claves y algún friso, tanto de carácter vegetal como historiado, una parte de los cuales son réplicas de los anteriores calcinados o bien nuevos temas incorporados. Destaca la abundancia decorativa concentrada en las jambas de la puerta de acceso, donde se encuentran los más antiguos escudos reales de castillos y leones de España.