Pour la façade de Saint-Louis, Mansart de Sagonne s'inspira de l'église Saint-Roch à Paris. Colonnes en forte saillie : elles sont doriques au rez-de-chaussée, corinthiennes à l'étage et servant de support à un fronton triangulaire. Les tours latérales (est et ouest), moins hautes que le corps central, sont en retrait de l'ensemble. Leur toiture en forme de bulbe a suscité maints commentaires au XVIIIe siècle. Cette touche propre à l'Europe centrale voulait-elle rappeler l'origine polonaise de la reine, Marie Leszczynska?

Les chapelles latérales de la cathédrale Saint-Louis sont quasiment uniformes. Toutes protégées par une grille, elles présentent : 1) au nord, un autel surmonté d'un tableau ; 2) au sud, un confessionnal (souvent du XVIIIe siècle) surmonté, lui aussi, d'un tableau ; 3) un vitrail à très belles figures géométriques et florales, créé sous le Second Empire par les ateliers Lobin de Tours, puis par les ateliers parisiens Gsell et Laurent ; vitrail rehaussé d'un médaillon à l'effigie du Sacré Cœur, de la Vierge, de saints ou de saintes, assurant ainsi la dédicace de la chapelle.

Le duc de Berry, Charles Ferdinand d'Artois, fut mortellement blessé à la sortie de l'Opéra de la rue de Richelieu le 13 février 1820 par l'ouvrier Louvel qui voulait éteindre en lui la lignée des Bourbons. C'était le second fils du frère du roi Louis XVIII, le futur Charles X.
Le duc de Berry mourut le lendemain, à six heures du matin, des suites de ses blessures. Les autorités décidèrent de faire élever à Paris un monument à sa mémoire. Une souscription nationale fut ouverte. Cependant les villes d'Auxerre (en l'abbatiale Saint-Germain) et de Versailles firent ériger leur propre sculpture.
La ville de Versailles fit appel à James Pradier (1790-1852), auréolé du grand prix de Rome en 1813 et qui revenait d'Italie.
Pradier conçut un monument entier, dit en «ronde-bosse», d'une manière toute néoclassique. La Religion, vêtue d'une drapé à l'antique, soutient le mourant.
La Monarchie de Juillet fit retirer le monument. En 1852, il retrouva sa place à la demande de la municipalité.

Les grandes orgues. Elles sont dues à Louis-Alexandre Clicquot (1684-1760) et à son fils François-Henri (1732-1790). De par la volonté de son auteur, le grand buffet, en chêne sculpté, s'adapte à toute la largeur de la voûte. Atlantes et amours viennent embellir l'instrument. L'orgue a été restauré plusieurs fois au XIXe siècle. En 1861, Aristide Cavaillé-Coll l'a modernisé en lui ajoutant neuf jeux. A la fin du XXe siècle, on a tenté de retrouver l'œuvre de Cliquot tout en conservant l'apport du XIXe. Le buffet a été classé monument historique en 1903, la partie instrumentale l'a été en 1961.