La basilique de Cherbourg se distingue à sa lourde tour-portail. La nef est soutenue par des piliers ronds peints terminés par un tailloir sans chapiteau. L'arête des ogives s'insère directement dans les fûts. Le visage sculpté sur les clefs de voute offre un symbolisme inconnu. Au-dessus de la galerie circulaire dite coursière normande, sont percées de fausses fenêtres. Des conduits apportent à travers l'épaisseur des murs la lumière depuis de petites ouvertures rondes situées à l'extérieur. Des panneaux sculptés représentant la danse macabre ainsi que les étapes de la passion du Christ sont à voir.

Le maître autel d'ordre corinthien tranche avec la simplicité du choeur. Dans une niche située au-dessus du tabernacle, saint Jean baptise le Christ sous l'oeil bienveillant de deux anges adorateurs. La Cène ainsi que le triangle de la Trinité sont éclairés par un large rayon de lumière habilement disposé.

La chaire finement sculptée et surmontée d'une colombe, date de 1762 et est l'oeuvre de François Armant Fréret.

Les fonts baptismaux, classés du XIVe siècle, sont constitués d'une cuve octogonale en pierre calcaire ornée de sculptures représentants dragons, sirènes au corps d'oiseau et corps de lion, un personnage velu luttant contre 2 griffons éloignant les mauvais esprits. Le couvercle de 1869 est orné d'une statue de saint Jean Baptiste.

Les dix bas-reliefs d'albâtre disposés à l'entrée du coeur proviennent de différentes églises.

Situé au moyen-âge en bordure des fortifications de l'ancienne ville, une petite partie des fondations du rempart est encore visible sur le trottoir opposé au boulevard, dans l'axe transept-bassin de carénage.