L'attuale aspetto neoclassico, frutto dei grandi lavori che seguirono l'abbattimento della primitiva chiesa romanico gotica, le fu conferito dall'architetto Giulio Zambianchi che completò la nuova fabbrica nel 1841. Della struttura precedente rimangono la cappella del Santissimo Sacramento nella navata destra e la grande cappella della Madonna del Fuoco nella navata sinistra realizzata tra il 1614 e il 1636 sovrastata da una cupola ottagonale affrescata da Carlo Cignani che vi raffigurò l'Assunzione della Vergine in cielo.

 

Sotto l'arco di sostegno della cupola, sul pavimento a destra, si trova la tomba di Carlo Cignani.

 

Il cardinale Fabrizio Paolucci, commissionò a sue spese l'altare maggiore (realizzato a Roma nel 1718) e la tribuna che racchiude la Madonna del Fuoco. La piccola ancona di bronzo dorato e lapislazzuli è opera di Giovanni Giardini. L'altare maggiore è sormontato dal fastigio dello scultore Camillo Rusconi, l'altare invece venne rifatto nel 1814 su disegno di Luigi Mirri. Fu realizzato per il transetto della basilica di San Paolo fuori le mura in fase di ricostruzione dopo il disastroso incendio che l'aveva colpita, ma l'inatteso dono, da parte dello Zar di Russia, di diversi blocchi di malachite verde, portò alla decisione di realizzare per quel luogo due altari gemelli ancora oggi ammirabili nella basilica Ostiense. Il dono al duomo forlivese fu occasionato da un incidente occorso al Papa stesso che, di passaggio a Forlì, celebrò messa in duomo sull'altare precedente dotato di una predella lignea che, forse per qualche tarlo di troppo, cedette sotto il peso dell'augusto ospite che commentò "divertito": «Vi regalo io l'altare nuovo, così se ripasso da Forlì, non rischio più la vita celebrando messa».

 

I due organi del Settecento sono del celebre organaro veneziano Gaetano Callido.

 

La cappella-santuario della Madonna del Fuoco fu realizzata negli anni 1619-36 dall'architetto faentino Domenico Paganelli, di cui è considerata il capolavoro. È coperta da una cupola ottagonale con alto tamburo che presenta un affresco rifinito a tempera di Carlo Cignani iniziato forse nel 1686 e terminato nel 1706 che rappresenta l'Assunzione della Vergine restaurato anche da Pompeo Randi. Nelle nicchie inserite sotto i pennacchi si trovano le statue dei quattro evangelisti, opera dello scultore bolognese Giuseppe Maria Mazza, mentre i putti in stucco sono di Filippo Balugani.

 

Sulla faccia interna dell'arco d'ingresso si trova Il miracolo della Madonna del Fuoco, opera di Pompeo Randi. Ai lati si trovano le due cantorie in marmo disegnate da Gaetano Stegani che nel 1770 circa sostituirono quelle primitive di legno. L'organo sulla parete destra è opera della bottega veneziana dei Callido. La tribuna nella quale è conservata la xilografia della Madonna del Fuoco, opera di Giovanni Giardini da Forlì, fu realizzata a spese del cardinale Fabrizio Paulucci, che commissionò anche l'altare maggiore.

 

Al centro della cappella si trova la xilografia della Madonna del Fuoco, risalente ai primi anni del XV secolo. Il tabernacolo ligneo è opera dell'intagliatore Francesco Brunelli.

 

La cappella del Santissimo Sacramento, già santuario della Madonna della Ferita, venne costruita su progetto di Pace Bombace per volontà di Caterina Sforza nel 1490. Nel 1941 la cappella fu completamente ridecorata. All'altare maggiore della cappella si affiancano due altari minori. su quello destro si trova un frammento dell'affresco La Vergine delle Grazie attribuito a Guglielmo Organi mentre su quello sinistro si trova il quattrocentesco affresco La Vergine della Ferita di ignoto autore così chiamato per un colpo di coltello datogli da barbara mano in faccia.

 

La cappella del Battistero si trova in fondo alla navata destra. Un tempo era decorata dal ciclo di affreschi di Livio Agresti "Nove Storie eucaristiche e sette Profeti" che attualmente fanno parte della collezione della Pinacoteca di Forlì. Verso la fine dell'Ottocento venne completamente rifatta. Attualmente la cappella conserva un pregevole Battistero esagonale di pietra datato 1504, opera di Tommaso Fiamberti e del suo collaboratore Giovanni Ricci. La base e la cornice superiore sono opera di Giacomo Bianchi da Dulcigno. Le sue sei facce presentano altrettanti bassorilievi quali "San Mercuriale col Drago", "San Giovanni Battista", "San Valeriano", "Il Battesimo di Cristo", "Sant'Elena e San Girolamo" e "La Decollazione del Battista".

 

È un'immagine dal valore storico che lo pone ai vertici del suo genere in Italia. Lo si riferisce al XII secolo. La croce, semplice e nera, presenta tracce di decorazione policroma ed escrescenze che suggeriscono una cornice gemmata. Sopra il capo del Cristo sono incise due frasi che sembrano appartenere alla stessa mano ed hanno stessa iscrizione latina: "Rex iudeorum" (Re dei giudei). Quella posta più in alto, è di scrittura semplice e potrebbe sembrare goticheggiante. Quella sotto, su due righe, forse la più antica, presenta la stessa iscrizione con caratteri incerti tra il greco e il latino. Il Cristo poggia i piedi, su di un suppedaneo costruito su delle foglie, come a richiamare l'albero della vita. Il corpo è appeso alla croce con tenue realismo; non sformato, non insanguinato (nulla fuoriesce dalla ferita dei chiodi e del costato). Il volto è eretto, solenne, tranquillo e maestoso; la barba, i baffi e i capelli sono ben ordinati, gli occhi sono aperti. Sul capo non vi è la corona di spine, ma una corona regale. Un drappo porpora, punteggiato da piccoli gigli d'oro, gli circonda i fianchi.