En el lugar dónde se levanta hoy San Pedro el Viejo, hubo un templo romano, que posteriormente se sustituyó por un templo mozárabe, que a su vez se demolió en 1117 para construir el actual románico. Desgraciadamente, parte del edificio ha quedado oculto por los edificios adosados posteriormente.

El templo tiene planta basilical con tres naves acabadas en ábsides semicirculares. Las naves están cubiertas con bóveda de cañón que se apoyan en arcos fajones que descansan en pilares cruciformes. Los arcos fajones eran dobles, en algunos casos ha desaparecido el arco interior, que descansaba en pilastras adosadas a los pilares. Estas han desaparecido prácticamente todas, viéndose claramente el lugar dónde estaban.

Los brazos del crucero no sobresalen en la planta y están cubiertos con bóveda de cañón perpendicular al eje de las naves. En el crucero encontramos un cimborio del siglo XIII cubierto con una bóveda de crucería reforzada por nervios. En los muros laterales encontramos unos bellos rosetones.

En el ábside sur podemos encontrar una imagen gótica de Nuestra Señora de las Nieves. Es una talla de piedra policromada del siglo XIV. El ábside central queda oculto por un retablo del siglo XVII, presidido por la imagen de San Pedro.

El ábside norte presenta una característica especial: no está alineado respecto a la nave. El lado derecho sobresale mucho más que el izquierdo. Una posible explicación es que fuera el ábside de la primitiva iglesia.

El interior de la nave central nos reserva una agradable sorpresa. En el lado norte, delante del coro, podemos ver restos de las pinturas murales que cubrían todo el templo. Son del siglo XIII.

Las imágenes se dividen en dos registros. En el superior podemos ver la lucha de David contra Goliat, pese a que la parte superior de éste último está erosionada y no se puede contemplar.

En el registro inferior podemos ver a Moisés. En el lado izquierdo se ve a este personaje del antiguo testamento ante la zarza en llamas. En el lado derecho se narra la escena, poco conocida, de la serpiente de bronce. Sobre el arco formero están pintados dieciséis círculos con un escudo que tiene un caballo.

Junto a la cabecera, en el muro norte, se abre una portalada formada por cuatro arquivoltas de medio punto, que se apoyan en columnas con capiteles lisos. Esta puerta permite el acceso a la planta baja de la torre campanario. Esta se adosó al templo en el siglo XIII y es de planta hexagonal.

En este espacio se encuentra la capilla de San Ponce de Tomiers. Está dividida en tres niveles. En el inferior encontramos un par de arcos ciegos apuntados en cada muro, que se apoyan en columnas con capiteles lisos. En el tramo central encontramos tres ventanales de medio punto decorados con dos arquivoltas de medio punto. El piso superior lo ocupa la bóveda de media esfera apoyada con nervios, que descargan su fuerza en columnas adosadas en los ángulos de la sala.

En los pies de la nave, también en el muro norte, se añadió una capilla dedicada a los mártires San Justo y San Pastor. En ella se conservan dos arquetas del siglo XVI de madera policromada en que se guardan las reliquias de los santos. Estas están cerradas en un altillo y protegidas por dos llaves. Una de ellas se guarda en el ayuntamiento de la ciudad, mientras que la otra está en el obispado.

Junto a esta capilla se abre la puerta de acceso al templo. Está formada por tres arquivoltas de medio punto, decoradas con palmetas y un escacado, que enmarcan a un tímpano esculpido. Se representa un crismón, dentro del cual podemos observar un Agnus Dei, sostenido por dos ángeles. Sobre el crismón encontramos una pequeña figura esculpida en posición horizontal. Por el texto que hay grabado a su lado podemos deducir que se trata de San Vicente, copatrón de la ciudad.

El claustro está adosado en el muro sur del templo. Tiene planta rectangular y fue edificado en el siglo XII.