En el lloc on s'alça avui en dia San Pedro el Viejo, va haver-hi un temple romà, que posteriorment es va substituir per un temple mossàrab, que a la seva vegada es va enderrocar en 1117 per construir l'actual romànic. Malauradament, part de l'edifici ha quedat ocult per edificacions adossades.

El temple té planta basilical amb tres naus acabades en absis semicirculars. Les naus estan cobertes amb voltes de canó que es recolzen en arcs torals que descansen en pilars cruciformes. Els arcs torals eren dobles. L'arc interior descansava en pilastres adossades als pilars. Aquestes han desaparegut pràcticament totes, veient-se clarament el lloc on estaven.

Els braços del creuer no sobresurten en la planta i estan coberts amb volta de canó perpendicular a l'eix de les naus. En el creuer trobem un cimbori del segle XIII cobert amb una volta de creueria reforçada per nervis. En els murs laterals trobem unes boniques rosasses.

En l'absis sud podem trobar una imatge de Nostra Senyora de les Neus gòtica del selge XIV. És una talla de pedra policromada. L'absis central queda ocult per un retaule del segle XVII, presidit per la imatge de Sant Pere.

L'absis nord presenta una característica especial: no està alineat respecte a la nau. El costat dret sobresurt molt més que l'esquerre. Una possible explicació és que fos l'absis de la primitiva església.

L'interior de la nau central ens reserva una agradable sorpresa. En el costat nord, davant del cor, podem veure restes de les pintures murals que cobrien tot el temple. Són del segle XIII.

Les imatges es divideixen en dos registres. En el superior podem veure la lluita de David contra Goliat, malgrat que la part superior d'aquest està erosionada i no es pot contemplar.

En el registre inferior podem veure a Moisès. En el costat esquerre es veu a aquest personatge de l'antic testament davant l'esbarzer en flames. En el costat dret narra l'escena poc coneguda de la serp de bronze. Sobre l'arc former estan pintats setze cercles amb un escut que té un cavall.

Junt a la capçalera, en el mur nord, s'obre una portalada formada per quatre arquivoltes de mig punt, que es recolzen en columnes amb capitells llisos. Aquesta porta permet l'accés a la planta baixa de la torre campanar. Aquesta es va adossar al temple en el segle XIII i és de planta hexagonal.

En aquest espai es troba la capella de Sant Ponç de Tomiers. Està dividida en tres nivells. En l'inferior trobem un parell d'arcs cecs apuntats en cada mur, que es recolzen en columnes amb capitells llisos. En el tram central trobem tres finestrals de mig punt decorats amb dues arquivoltes de mig punt. El pis superior l'ocupa la volta de mitja esfera recolzada amb nervis, que descarreguen la seva força en columnes adossades en els angles de la sala.

En els peus de la nau, també en el mur nord, es va afegir una capella dedicada als màrtirs Sant Just i Sant Pastor. En ella es conserven dues arquetes del segle XVI de fusta policromada en que es guarden les relíquies dels sants. Aquestes estan tancades en un altell i protegides per dues claus, Una d'elles es guarda en l'Ajuntament de la ciutat, mentre que l'altra està en el bisbat.

Junt a aquesta capella s'obre la porta d'accés al temple. Està formada per tres arquivoltes de mig punt, decorades amb palmetes i un escacat, que envolten un timpà esculpit. S'hi representa un crismó, dins del qual hi ha un Agnus Dei, sostingut per dos àngels. Sobre el crismó hi ha representada una petita figura en posició horitzontal. Pel text que hi ha escrit al seu costat ens fa pensar que es tracta de Sant Vicenç, co-patró de la ciutat.

El claustre està adossat en el mur sud del temple. Té planta rectangular i va ser edificat en el segle XII.