Budynek wykonany z cegły. Długość kościoła wynosi 53 m, szerokość 23 m, najwyższe partie sklepienia posiadają 19 m. Świątynię zamierzano wybudować w stylu gotyckim bazylikowym. W architekturze bazylikowej środkowa nawa jest wyższa od bocznych i posiada własne oświetlenie górnymi oknami. Budowę w stylu bazylikowym widać na pierwszym przy wejściu do kościoła przęśle nawy głównej i nawy bocznej od południa. Wysokość sklepienia nawy głównej sięga tutaj 15,5 m, a nawy bocznej nieco ponad 9 m. Ze względu na niepewność wytrzymałości systemu skarp, zrezygnowano z zasklepienia kościoła w całości, jak to zrobiono w przęsłach zachodnich i zrezygnowano z bardziej artystycznego pierwotnego projektu. Mury naw bocznych podniesiono prawie 5 m a nawę główną zniżono o 2 m. Ślady obniżenia sklepień nawy głównej widać na strychu, istnieją tam ostrołuki pozostałe po po oknach które miały oświetlać nawę główną. W ciągu wieków gmach kościoła podlegał renowacjom. Każda z nich pozostawiała ślady zniekształcające pierwotną formę architektoniczną. Podczas generalnego remontu w latach 1691-1692 gotycki szczyt nad głównym wejściem uzyskał formę wczesnobarokową, i co za ty idzie pociągnęło to obniżenie dachu nad nawą główną i prezbiterium. Przebudowano również dekoracyjny szczyt nad łukiem tęczowym, zmieniając jego formę na gładki mur ponad dachem zakończony sygnaturką. W prezbiterium nadbudowano na starych murach ścianę wysokości około 2 m i zaniżono dach. Podczas remontu w latach 1752-1753 kościół wzbogacił się o chór muzyczny i wykonano rokokową sztukaterię nad łukiem tęczowym. W 1884 dobudowano od południa zakrystię bezstylową, zamurowano drzwi wejściowe pod dzwonnicą. W 1887 roku przekształcono kruchtę w przyziemiu dzwonnicy na kaplicę świętego Kazimierza.
Od strony północnej z katedrą łączy się dzwonnica, zachowała najbardziej pierwotny wygląd z całej budowli. Znajdują się w niej trzy dzwony: największy nosi imię Romuald (ufundował go w 1926 roku Romuald Jałbrzykowski – pierwszy biskup łomżyński), średni to Michał (na cześć patrona świątyni, św. Michała Archanioła), najmniejszy nazywa się Roch (od św. Rocha, opiekuna chorych i ubogich).