Kirken er en korskirke hvor det øst-vest-gående skipet danner hovedskipet, med alterpartiet i den østre delen og orgelet i den vestre. Altertavlen og prekestolen kom på plass kort etter innvielsen i 1697, men så satte Den store nordiske krig (1709-1720) en stopper for det videre arbeidet med interiøret. Først i 1720-årene kom kirkens første orgel på plass, bygget av Lambert Daniel Karsten, og det ble bygget gallerier og avlukker langs veggene. Tårnuret, som kom på plass i 1718 er landets eldste igangværende kirkeur.
Kirken har gjennomgått flere omfattende forandringer. Den viktigste er ombyggingen på 1850-tallet under ledelse av arkitekt Alexis de Chateauneuf. Utvendig fikk kirken sitt nåværende tårn, med bronsespiret som siden har vært en kjent silhuett i bybildet. Da det ikke lenger var mulig å skaffe den hollandske teglsteinen, måtte man bygge videre med rød tegl, noe man fremdeles kan se. Kirken fikk også dagens kongeinngang i sør, i den samme røde teglen.
Innvendig hadde kirken beholdt sitt barokke interiør gjennom hele 1700-tallet, men i pakt med 1850-årenes estetiske strømninger ble alt barokkinventar, med unntak av orgelfasaden, nå fjernet fra kirkerommet. Kirken fikk et gjennomført nygotisk interiør, og kom gjennom dette til å øve påvirkning på utviklingen av nygotikken i landet. Denne stilretningen skulle etter hvert dominere alle de nye kirkene i hovedstaden, med Vestre Aker kirke som den første i 1855.
Til byens 900-årsjubileum i 1950 ble kirken restaurert på ny, under arkitekt Arnstein Arnebergs ledelse. Kirken ble langt på vei tilbakeført til sitt opprinnelige barokk-interiør. Altertavlen, prekestolen og døpefonten ble hentet tilbake fra Kunstindustrimuseet og Prestenes kirke på Majorstua. Hugo Lous Mohrs store takmaleri ble til i årene 1936 - 50. Kapellet på sørsiden er tegnet av arkitekt Arneberg og sto ferdig i 1950.
I dag er kirken hovedkirke for Oslo bispedømme og menighetskirke for Oslo sentrum. Samtidig er kirken landets rikskirke, og en lang rekke begivenheter for landet og kongehuset markeres her. I tillegg er Oslo domkirke domprostens menighet.
Kirkebygget
Oslo domkirke het tidligere Vår Frelsers kirke og ble innviet i 1697 som byens tredje domkirke. Opprinnelig ble den bygget i barokkstil, men fikk i 1850 nygotisk interiør. I 1950 ble så kirken restaurert på ny, og ført tilbake til sitt opprinnelige barokke interiør.
"Her skal Domkirken ligge." Det sa kong Christian IV aldri. Men her ligger den, ved Stortovet midt i sentrum.