Malgrat la pèrdua d’una importantíssima part del patrimoni artístic que ornamentava la catedral, l’església conserva una escultura d’altíssima qualitat que permet situar-la com la producció catalana més destacada del segle XIII. L’anàlisi de les seves característiques estilístiques ha permès identificar diferents tallers, que bé familiaritzats amb l’escultura italiana, bé influenciats pels models del sud de França, han donat pas a un repertori ornamental que definirà l’anomenada Escola de Lleida d’escultura romànica.

Antic i Nou Testament, cicles narratius d’alguns sants, entre els quals destaca el de Sant Jaume, escenes de lluita entre el bé i el mal, entre l’home i el pecat, són temes habituals a l’església. Tanmateix, dins del repertori hi ha un tema, el de l’Anunciació, que es repeteix reiteradament i que cal vincular amb la titularitat de la catedral, atès que quedà consagrada a Santa Maria.

En canvi, el claustre és escenari d’una eclosió de motius vegetals, florals i animals on fulles de parra, raïms i éssers fantàstics intenten fer-se lloc enmig de tanta natura.
Els capitells concentren bona part de l’escultura sense oblidar, però, les portalades, les cornises, les mènsules o les claus de volta, moltes d’aquestes amb restes de policromia.