อาสนวิหารพนมเปญสร้างด้วยสถาปัตยกรรมกอทิกแบบฝรั่งเศส[1][2] ผนังด้านนอกทาด้วยสีเหลืองสด[16] ก่อด้วยอิฐแดง[8] เหนือประตูเข้าอาสนวิหารมีรูปพระนางมารีย์พรหมจารี ทำจากหินทราย มีข้อความจารึกไว้ว่า "ราชินีแห่งความยุติธรรม ความรัก และสันติ"[17] สิ่งเดียวที่ยังหลงเหลือจากการทำลายอาสนวิหารของพวกเขมรแดงคือระฆังภายในอาสนวิหาร ปัจจุบันจัดแสดงอยู่ในพิพิธภัณฑสถานแห่งชาติกัมพูชา[12]