La caratteristica facciata della basilica evidenzia, negli accostamenti, il complesso articolarsi dell'interno.
Il prospetto della chiesa medievale è un gioiello di architettura rinascimentale, legato alla committenza del card. Giovanni de' Medici e della comunità di Bolsena, eseguita dal 1493 al 1495 dagli scultori fiorentini Francesco e Benedetto Buglioni.
Sul lato sinistro del prospetto s'innalza il campanile, forse realizzato a cavallo dei secoli XIII e XIV L'interno è una costruzione a tre navate, con pianta a croce latina e copertura a capriate. Secondo la tradizione, la costruzione, o meglio la ricostruzione di questo edificio si deve alla devozione a santa Cristina da parte di Matilde di Canossa e di papa Gregorio VII, che la consacrò il 10 maggio 1078.
Nei saggi di scavo eseguiti nel 1925, nella navata destra, si rinvennero materiali appartenenti ad un altro edificio, forse di età paleocristiana. Nella stessa navata è un crocifisso ligneo di scuola umbro-toscana del secolo XV.
Più avanti si accede alla Cappella del Santissimo Sacramento, dove è custodito un prezioso tabernacolo del secolo XV, opera di Benedetto Buglioni. Alle pareti, affreschi dello stesso secolo e del successivo. Si entra poi nella Cappella di Santa Lucia, affrescata sullo scorcio del XV secolo da Giovanni di Domenico de' Ferraris da Mondovì; sull'altare è un busto in ceramica della santa titolare, opera di Benedetto Buglioni.
Nel presbiterio l'altare maggiore è stato realizzato con frammenti marmorei del X secolo, e gli fa da pala un prezioso polittico, opera del senese Sano di Pietro, eseguito intorno alla metà del secolo XV. L'ambone è un pluteo del VI secolo.
Nella navata sinistra è la Cappella di Santa Cristina, dove si custodiscono le sue reliquie e una pregevole statua lignea di scuola senese del XV secolo.