大教堂内分为5个礼拜堂（有资料说是10座），中央大礼拜堂穹顶高43米，中厅部跨度为15.5米，是目前尚存的最高的中厅。各堂排有整齐的木制席位5700个，圣职人员的座位有104个，全用极厚木板制成。具中世纪晚期风格的唱诗台是德国最大的，它的特别之处在于各有一个预留给教皇和皇帝的座位。 堂内还有好几幅石刻浮雕，描绘出圣母玛丽亚和耶稣的故事。科隆大教堂里收藏着许多珍贵的艺术品和文物。其中包括成千上万张当时大教堂的设计图纸，仍保存第一位建筑师哈德设计教堂时用的羊皮图纸，为研究13世纪建筑和装饰艺术提供了重要资料。还有从东方去朝拜初生耶稣的“东方三圣王”的尸骨，被放在一个很大的金雕匣里，安放在圣坛上。这里还有最古的巨型圣经、比真人还大的耶稣受难十字架以及教堂内外无数的精美石雕。一些珍贵文物现保存在—个金神龛内，此金神龛被认为是中世纪金饰艺术代表作之一。在教堂祭坛摆放有中世纪黄金匣，由黄金和宝石组成。教堂内还有一座11世纪德国奥托王朝时期的木雕《十字架上的基督》，成为哥特艺术的先导，对后世的雕刻产生了重大的影响。
在唱诗班回廊，还保存着15世纪早期科隆画派画家斯蒂芬·洛赫纳1440年为教堂所作的壁画和法衣、雕像、福音书等文物。这些都是教堂的古老珍藏，具有很高的宗教和艺术价值。20世纪80年代考古发掘教堂地基，发现了历次修建时基础工程的不同做法，十分珍贵。 科隆大教堂由两座孪生的连体高塔组成，整个教堂是灰褐色的，左塔（北塔）有半截呈银白色，在夕阳的照耀下，一个鲜亮白净，一个灰头土脸，显得泾渭分明。
原来，科隆是欧洲最重要的工业基地，也是德国最大的褐煤生产基地。泛酸的空气侵蚀着教堂的每一块石头，大教堂建成仅160多年，由于长期受到工业废气和酸雨的污染、腐蚀，双塔由原来的银白色变成了黑褐色。当地文物部门为恢复教堂原来的建筑风貌，用莱茵河的水给157米高的双塔“洗澡”。尽管不能恢复原来的光亮、明丽，但毕竟比原来清新了许多。后来市议会知道了，决定保留双塔被污染了的黑褐色，以引起世人对环保工作的重视，增强人们的环保意识。
大教堂的“阴阳脸”，促使科隆市政府出台了一系列的政策措施，消除和减少污染，保护好世界历史文化遗产和历史文化名城。如：加强对环境保护的立法；严禁尾气污染严重的车辆进入市区；搬迁市内污染严重的企业；正式成立“环境保护区”……
特别超前的是，在上世纪中叶，他们就提出了“减少碳排放、节约能源、提倡绿色生活”的口号，成为“倡导低碳、防止气候变暖”的践行者。
