Kościół Mariacki w Radomiu to trójnawowa bazylika z transeptem o bogato rozczłonkowanej fasadzie z dominującą rozetą i trzema portalami. Projekt nawiązuje do gotyku francuskiego, także poprzez zastosowanie systemu przypór i łuków odporowych. Wysokie, 72-metrowe wieże swym kształtem nawiązują do wyższej wieży kościoła Mariackiego w Krakowie.
Wnętrze radomskiej katedry swą lekkością i strzelistością (wys. 21 m) przypomina wnętrza zachodnioeuropejskich kościołów gotyckich. Ołtarz główny (17 na l Om) bogaty w pinakle, kwiatony, rzeźbione ażury, złocenia, ma kształt tryptyku. W środkowej części, w niszy, umieszczono figurę Patronki katedry Matki Bożej z Dzieciątkiem na ręku. Rzeźbę wykonano z białego marmuru kararyjskiego w Rzymie. Po bokach dodano figury klęczących aniołów. Całość może być zasłaniana obrazem „Przemienienie Pańskie” namalowanym na blasze miedzianej przez Jana Strzałeckiego. W częściach bocznych, pod baldachimami, umieszczone są polichromowane rzeźby przedstawiające św. Wojciecha i św. Stanisława bpa – patronów Polski. Wyżej nad nimi znajdują się rzeźby aniołów, a w trzeciej kondygnacji, w centrum, figura Boga Ojca z aniołami po bokach. Ponad nią, w zwieńczeniu – gołębica, symbol Ducha Świętego. Witraże w tle przedstawiają: Zwiastowanie Najświętszej Maryi Panny, św. Władysława i ś w. Ludwika, Niepokalaną Maryję Pannę, św. Józefa Oblubieńca, św. Franciszka i św. Rozalię oraz Chrystusa w Ogrójcu. W transepcie, po lewej stronie, znajduje się ołtarz Krzyża Świętego z 1911 r. W jego centralnej części widnieje monumentalna scena ukrzyżowania ze stojącymi pod krzyżem figurami Matki Bożej Bolesnej i św. Jana. We wnękach bocznych umieszczone są rzeźby przedstawiające patrona Radomia św. Kazimierza Jagiellończyka i patrona młodzieży św. Stanisława Kostkę. Na mensie stoi figura św. Antoniego z Dzieciątkiem na ręku. Na ścianie obok wisi duży obraz (sygn. P.A. Datti Roma) z Najświętszą Maryją Panną Niepokalaną. Po przeciwległej stronie znajduje się mały ołtarz z 1929 r. W jego centrum obraz Matki Bożej Nieustającej Pomocy, a ponad nim figurka Dzieciątka Jezus. Po prawej stronie transeptu jest ołtarz Świętego Kazimierza. Jego centralną część wypełnia obraz Józefa Mazurkiewicza przedstawiający hołd Sercu Jezusowemu składany przez reprezentantów czterech stanów. W bocznych niszach umieszczono figury: św. Dominika i św. Jacka. Poniżej barokowy obraz z wizerunkiem św. Kazimierza. Obok na mensie ołtarza stoi współczesny relikwiarz św. Kazimierza (autor: Bronisław Chromy). Na ścianie obok wisi wielki obraz monachijski z Trójcą Świętą. Naprzeciw niego znajduje się mały ołtarz z figurą św. Józefa. Poniżej rzeźby tondo z Matką Boską Ostrobramską. Dwie kaplice przylegają do naw bocznych. Po prawej stronie kaplica Serca Pana Jezusa. Odbywa się tu całodzienna adoracja Najświętszego Sakramentu.
Po drugiej stronie katedry kaplica Matki Boskiej Częstochowskiej. Ambona w nawie głównej oparta na drewnianej kolumnie, neogotycka, nakryta baldachimem z ażurową wieżyczką. W niej figura Chrystusa Nauczyciela, na sklepieniu baldachimu symbol Ducha Świętego. Drewniana balustrada posiada cztery wnęki, w których umieszczono figury Ewangelistów. W lewym przedsionku znajduje się sarkofag tragicznie zmarłego biskupa Jana Chrapka z jego popiersiem wykonanym przez Domini Wdowskiego.
Przed katedrą wzniesiono w maju 2002 r. pomnik Stefana Kardynała Wyszyńskiego trzymającego na piersiach obraz Mat Bożej Częstochowskiej. Monument upamiętnia powrót obrazu Jasnogórskiej Pani, po latach uwięzienia, na szlak nawiedzenia po Polsce. Kopia jasnogórskiej ikony wykradziona przez radomskiego kapłana, ks. Józefa Wójcika, została z wielką czcią wniesiona przed fronton dzisiejszej katedry przez ks. Kardynała Prymasa, ks. Kardynała Karola Wojtyłę oraz innych księży biskupów 18 czerwca 1972 r.
Msze Święte:
Niedziela: 6:00, 7:00, 8:00, 9:30, 11:00, 12:30, 13:30, 18:00, 20:00
Dni Powszednie: 6:00, 6:30, 7:00, 7:30, 8:00, 18:00
