Basilique à piliers composée de trois nefs de cinq travées (nefs latérales de huit travées).
Le choeur, légèrement surélevé, comprend trois parties: l'avant-choeur carré, datant de 1259, et constitué de la réunion de deux anciennes travées; la travée du choeur proprement dit, un peu plus petite; l'abside polygonale. Du jubé construit à la même époque et démoli en 1705, il ne reste que l'ancien accès nord et deux chapiteaux sur les deux premiers piliers de la nef centrale. Les nefs communiquent par des arcades brisées à grandes rainures. Voûtes sur croisées d'ogives, munies de clefs annulaires. Vigoureux arcs doubleaux.

Dans la nef principale, colonnes tripartites. L'ensemble de la sculpture, vers 1200, est d'une grande variété: chapiteaux cubiques à feuillages ou à boutons, entrelacs, motifs floraux et autres; frise et tailloirs en damier; plusieurs éléments du XIe et du début du XIIe siècle remployés. La peinture imitant la pierre de taille, déterminante pour l'impression qui se dégage du lieu, a été découverte et complétée vers 1903: faux-joints, motifs décoratifs, croix de consécration. Peintures figuratives sur les piliers, réalisées de la fin du XIVe au premier quart du XVe siècle: saint Michel, saint Jean-Baptiste, saint Pierre et saint Paul, martyre de saint Pierre. Sur la voûte de l'abside, le prévôt Guillaume Blarer de Wartensee fit appliquer un décor pictural baroque, en 1622 et dans les années suivantes, oeuvre de Melchior Graf, d'Altkirch: architecture en trompe-l'oeil; décors aux fenêtres et cartouches portant des armes ou des inscriptions; représenta­tions de saint Michel et de saint Georges. Maître-autel en forme de sarco­phage, confectionné de 1621 à 1625 par Georges Balds, de Porrentruy, placé au-dessus du sarcophage de saint Ursanne. Grandes statues latérales de saint Pierre et de saint Paul, de 1728, par Urs Fueg et son fils Frédéric-Joseph. L'autel fut transformé en 1752 par Ursanne-Joseph Bourquard; l'antependium en soie date également de cette époque. Baldaquin monumental et boiseries murales de 1768. Au fond, devant la fenêtre murée, grande toile de 1768 par Franz Anton Simon, de Feldkirch, représentant l'apothéose de saint Ursanne; dans le bas du tableau, vue de la ville de Saint-Ursanne. Grande lampe de sanctuaire en argent repoussé. De chaque côté, stalles de neuf places: sièges de la fin du XVe siècle; dossiers, appuis et couronnements du début du XVIIIe siècle, peut-être l'oeuvre de Hugues-Jean Monnot, de Porrentruy, en 1701/03. Les quatre grands médaillons représentent les Evangélistes, les autres des docteurs de l'Eglise et des fondateurs d'ordres religieux. Banc de communion de 1777, par Thiébaud et François-Ignace Bourquard. Sur le côté gauche du choeur, grille en fer forgé du XVIII' siècle, complétée et posée à cet endroit en 1906. La grille principale du choeur a probablement été forgée en 1740 par Frédéric Gogniat. Autels latéraux du milieu du XVIIIe siècle, par Ursanne-Joseph Bourquard. Chaire datée de 1707, chef-d'oeuvre sculpté par Hugues-Jean Monnot. Orgues, également de grande valeur, confectionnées en 1776 par Jean-Jacques Besançon, de Saint-Ursanne; l'instrument a été plusieurs fois restauré mais a conservé sa structure originale; tribune et buffet de style Louis XV; restauration en 1983. Dans les bas-côtés, colonnes engagées semi-circulaires. Quelques petites fenêtres hautes en plein-cintre qui éclairaient autrefois les bas-côtés subsistent au-dessus des chapelles du collatéral sud; elles sont toutefois obscurcies par les toits de ces chapelles. Dans le bas-côté nord, décor gothique et baroque présentant des armoiries et des devises. Belle pierre funéraire de 1653 en mémoire du curé Pierre Crolot. 
A l'extrémité ouest du bas-côté, retable en pierre, de style Renaissance, dédié à saint Henri et à saint Fiacre, érigé en 1617 et rénové en 1741; ancien but de pèlerinage. Dans le bas-côté sud, également transformé au XIVe siècle, deux chapiteaux imagés du XI' siècle représentant saint Ursanne, un lys à la main, et un personnage nommé Burchinus.

Les chapelles, construites au XIVe siècle, dénotent une évolution du style gothique. La plus ancienne, à l'est, dédiée aujourd'hui à saint Martin, a été construite entre 1307 et 1336; elle compte deux travées ornées de peintures baroques datées de 1619, représentant saint François, sainte Catherine d'Alexandrie, sainte Hélène, saint Wolfgang. Chapelle St-Jean-Baptiste, achevée dans la seconde moitié du XIVe siècle; chapiteaux en remploi; décor peint daté de 1611; autel et statues par Ursanne-Joseph Bourquard; tableau du retable représentant le Baptême du Christ, daté de 1757, par François-Ignace Tavanne. La chapelle suivante, fondée par Bourquard Sporer d'Eptingen et son épouse Marguerite de Brémoncourt, dont les armes figurent de chaque côté de la fenêtre, a été achevée en 1386, date inscrite sur la clef de voûte; décor peint de style gothique représentant saint Antoine l'ermite avec un personnage féminin, ainsi qu'un autre saint; fonts baptismaux du XVIIe siècle avec couvercle en bulbe; un contrefort de l'époque romane est visible dans le mur est. Perpendiculairement à cette série de chapelles, dans l'angle compris entre le bas-côté et la tour, se trouve la chapelle Ste-Anne, à deux travées, ajoutée à la fin du XIVe siècle; grille du XVIII' siècle, complétée et posée en 1906; peinture appliquée vers 1700: fleurs et autres motifs végétaux, têtes d'anges, encadrements architecturaux en faux marbre. Très bel autel sculpté également vers 1700; toile du retable représentant la Sainte Famille, par Jean-Nicolas Chariatte. Epitaphe de 1704 à la mémoire du chanoine Jean-Louis Brossard, auteur d'une fondation en faveur de cette chapelle.

Informations tirées en majeure partie de cet ouvrage : Berthold, Marcel, Arts et monuments. République et Canton du Jura, Ed. Bugra Suisse 1989