La iglesia presenta planta basilical, con tres naves, de las cuales la central es ligeramente más ancha. Las naves se rematan en ábsides semicirculares, uno de ellos, el izquierdo, está ligeramente desplazado por una reforma posterior. En la fachada sur se levanta una torre circular, y junto a ella, la entrada principal en un resalte del muro. Esta entrada es quizás una de las imágenes más conocidas del arte de Cantabria. La puerta es de medio punto con cinco arquivoltas simples sostenidas por columnas con capiteles, hoy en día muy deteriorados. Sobre la puerta hay un friso con un Pantocrátor sujetado por cuatro ángeles y con seis figuras a cada lado. La entrada se remata con un frontón con la escultura de Santa Juliana. Toda esta zona está muy modificada al haber sido reestructurada en el siglo XVII. A finales del siglo XII y principios del XIII se realizan reformas de estilo protogótico, como las bóvedas de ojivas de los tramos de las naves, las naves con pilares cruciformes con medias columnas adosadas y el cimborrio que hay sobre el crucero. El claustro está adosado a la nave del Evangelio y parece que se construyó a finales del siglo XII. Los arcos de las tres crujías más antiguos son, en su mayor parte, de medio punto aunque alguno ya es apuntado. Las arcadas del lateral Este son sin embargo ojivales, de tradición cisterciense y realizadas en el siglo XV. Es importante la colección de capiteles, con un repertorio iconográfico muy amplio que abarca desde los tipos vegetales y de lacería hasta los de temática narrativa. Además, en diferentes partes de la colegiata hay relieves de estilo protogótico, un Pantocrátor que conserva aún parte de la policromía original, una virgen con niño, una Santa Juliana y cuatro apóstoles. Otros objetos de interés artístico son la pila bautismal románica, decorada con la escena de Daniel entre los leones, las tapas de los sepulcros conservados en el claustro, dos vírgenes góticas que se encuentran en la sacristía, dos santos góticos de tosca talla y una excepcional cruz procesional de inicios del siglo XVI.