La partie gauche de la façade sud, les corbeaux au dessous des vitraux, le puits, à sa droite un arc de décharge ogival, la façade ouest (fond de l’église) et son portail d’entrée, la tour échauguette octogonale au nord-ouest, la tour poivrière au sud-ouest, tous ces éléments plus anciens et plus marqués par le temps appartiennent à une primitive église, au moins du douzième, peut‑être même du onzième siècle. En effet, le roi de France, Philippe III le Hardi, en 1273, donna l’autorisation à la Communauté d’agrandir et d’élargir l’église parce qu’elle était « très étroite » (minus arcta). Sous le porche une admirable broderie de pierre et un grand vantail de bois clouté, récemment restauré, avec ses pentures et ferrures d’origine qui, probablement, sont antérieures aux Guerres de Religion (fin du seizième siècle), dont la Collégiale eut tant à souffrir.
A l’intérieur, une nef unique caractéristique des églises du Midi de la France, dont l’élégance tient à des proportions harmonieuses : cinquante‑cinq mètres de long, vingt‑deux mètres de large (en tenant compte de la profondeur des chapelles) et vingt‑deux mètres de haut, depuis le pavement jusqu’aux clés de voûte. L’église, entièrement revêtue de motifs polychromes au pochoir d’une grande diversité, était au dix‑septième siècle peinte à la chaux et les vitraux étaient de verre blanc. La voûte de la nef ne comportait pas de croisées d’ogives entre les arcs doubleaux et la charpente de la toiture était apparente. Ainsi, les rosaces visibles de l’extérieur pouvaient éclairer le vaisseau. Ce supplément de lumière explique l’absence de vitraux sur le mur nord de la Collégiale.
Sous les dalles de pierre du pavement reposent des milliers de montréalais de toutes conditions. Les noms de plus de mille d’entre eux sont connus, ainsi que l’endroit exact de la nef où ils sont inhumés . Les chanoines étaient eux enterrés dans le chœur de l’église.
Le chœur, dont l’aspect actuel date du début du dix‑huitième siècle, était à l’origine au même niveau que la nef, et il était éclairé par sept grands vitraux de même longueur. Une première transformation a eu lieu en 1349 par la construction de trois chapelles logées dans les contreforts du chœur. La chapelle centrale, au fond du chœur, est dissimulée derrière le grand tableau peint. L’autel central et les deux autels latéraux, à droite celui de la Sainte Vierge, à gauche celui de Saint Michel sont en marbre polychrome de belle facture. Dans le chœur proprement dit, où se réunissaient les membres du Chapitre, soixante‑six stalles sur une double rangée, finement sculptées et ornées des blasons des membres notoires du Chapitre. Au dessus des stalles, sept grands tableaux du peintre toulousain Despax (1755), tous consacrés à la vie et au martyre de Saint Vincent, diacre martyrisé en 301, en Espagne à Valence. Saint Vincent est le patron et le protecteur de la paroisse de Montréal. Au milieu du chœur des chanoines trône un grand lutrin en bois sculpté fabriqué à Toulouse vers 1820.