Nel 1281 la chiesa viene parzialmente ricostruita in forme romanico - gotiche, con un peribolo a tre absidi divergenti come in altre chiese del Mezzogiorno e dell'Italia centrale e una facciata con tre portali.

 

Nel 1456 la cattedrale romanica subisce gravi danni a causa di un terremoto; inoltre, a causa di una lunga serie di arcivescovi non residenziali, l'edificio fu abbandonato.

 

Solo nel 1524, per volere dei conti Ferrillo di Acerenza, inizia il restauro completo della chiesa. Alla facciata, ricoperta con un muro a piccole bozze, vengono aggiunti due campanili a pianta quadrata, uno in corrispondenza del portale di destra, l'altro in corrispondenza del portale di sinistra che, però, va perduto. Nello stesso anno si riconsacra la cripta. Nel 1555 il maestro Pietro di Muro Lucano rimaneggia in stile rinascimentale il campanile destro, come attestano l'iscrizione murata nella torre: « Ioannes Michael Saracenus SS R E Presb. Card. Archiep. Acherentin. erexit. MDLV » e, sotto la prima monofora, il nome ancora leggibile mastro Pietro di Muro Lucano.

 

Dopo il terremoto del 1921 viene sostituita la cupola del campanile con una terrazza mentre nel 1934 viene ricostruita la cupola della cattedrale perché il terremoto del 1930 ha lesionato gravemente la cupola cilindrica originaria. Con lo stesso restauro all'interno vengono eliminate le aggiunte barocche.

 

Nel 1953 viene alterato il sistema di accesso alla cripta con una scala centrale che sale al presbiterio e le scale laterali che scendono verso il basso.

 

Nel 1954 papa Pio XII eleva la cattedrale alla dignità di basilica minore.

 

Tra il 1975 e il 1977 vengono rifatti i pavimenti.

 

Il prospetto della cattedrale presenta una parte centrale e due spioventi; quello di destra viene rotto dalla torre campanaria, che rende asimmetrica la sua impostazione.

 

Il campanile è su quattro livelli: nel secondo una finestra con decorazioni rinascimentali; si intravede inoltre una finestra ed uno spazio incassato per un'epigrafe dedicata all'imperatore Flavio Claudio Giuliano, tra il materiale utilizzato per la costruzione della torre campanaria vi sono anche frammenti di sarcofagi romani con volti di defunti e resti di un'ara funeraria. La torre presenta cinque campane di cui quella più grande (1854) opera di Girolamo Olita.

 

Due sono le porte che si aprono nella facciata. La piccola porta sul lato sinistro, ampiamente manomessa e sormontata da un arco a tutto sesto, conduce oggi al museo del duomo, mentre la porta centrale, in stile romanico pugliese, è quella principale che immette all'interno della cattedrale. Questa è formata da un protiro mutilo in molte sue parti: alla base delle colonnine di marmo mancano infatti i due leoni (uno è collocato in alto, sullo spigolo sinistro della facciata), mentre dell'arco a tutto sesto che aveva nell'intradosso mezzi busti di figure angeliche, sono rimasti solo due tronconi. Le mensole del portale sono caratterizzate da gruppi scultorei in cui sono raffigurati animali (leoni e scimmie) avvinghiati attorno a due figure umane, presumibilmente un uomo e una donna.

 

Tra il portale ed il rosone rifatto nel 1928 nel luogo dove era posto quello del 1601 fatto erigere da Lelio Potenza, è collocato lo stemma della famiglia Ferrillo, che restaurò la chiesa nel Cinquecento, e un bassorilievo raffigurante l'animale mitico detto Basilisco, che era parte dell'antico stemma cittadino. Sul vertice della facciata una croce marmorea di recente fattura che ha sostituito il busto marmoreo dell'imperatore Flavio Claudio Giuliano, ritenuto di san Canio di Atella, patrono della diocesi, oggi conservato nel museo del duomo.

 

Il transetto ha due absidiole sui lati ed un'abside con un peribolo animato da tre absidi divergenti, sopra cui si alza la mole dell'abside vera e propria, fiancheggiata da due torri scalari che ospitano scale a chiocciola, di cui quella destra collegata con l'interno del tiburio da un arco rampante esterno. Nelle absidi divergenti sono incastonate fusti di colonnine a spirale di marmo orientale, che si ritengono facessero parte del ciborio dell'antica chiesa paleocristiana.

 

Caratteristica della cattedrale sono le pietre squadrate della parte alta, alleggerite da una cornice di archetti pensili sostenuti da paraste. Le pietre sono ricoperte da un'efflorescenza di licheni che cambiano colore quando il tempo passa dal secco all'umido.