La cathédrale est construite en pierre de Gobertange dont les carrières sont situées à environ 45 km (S-E) du site de la cathédrale.
La façade occidentale, avec ses trois portails surmontés de leur gable et ses deux tours sont typiquement de style gothique français, mais sans rosace, cette dernière étant remplacée par une grande verrière brabançonne. Les deux tours dont les sommets sont aménagés en terrasses sont attribuées à Jan Van Ruysbroeck (1470-1485), l'architecte de la tour de l'Hôtel de ville de Bruxelles.
La forte prédominance des lignes verticales de cette façade est frappante. Quatre robustes contreforts enserrent et séparent les trois portails. Aux deux extrémités, les contreforts latéraux sont particulièrement importants. Larges de plus de quatre mètres, ils intègrent deux hautes tourelles percées de meurtrières qui s'élancent d'un seul jet jusqu'aux sommets des tours. Chacune de ces tourelles abrite un long escalier à vis qui relie le rez-de-chaussée à l'ensemble des étages de la façade et des tours, et se prolonge ainsi jusqu'aux terrasses des sommets, à près de 65 mètres de hauteur. Ces puissants contreforts latéraux et leur tourelle à meurtrières contribuent à donner à la façade une impression de puissance et de solidité.
La façade s'étage sur trois niveaux. Le niveau inférieur est celui des portails et de leur gable. Les deux portails latéraux sont (comme à Notre-Dame de Paris) situés à la base des tours. Le niveau moyen est celui de la grande verrière, flanquée de deux hautes baies, étroites et élancées situées chacune dans l'axe d'une des tours. Enfin au sommet de la façade le troisième étage présente un énorme pignon triangulaire juché au-dessus d'une galerie ajourée à fines colonnettes, et surmonté de plusieurs pinacles flamboyants, dont l'un, au sommet du pignon, est particulièrement impressionnant et atteint plus de 55 mètres de hauteur. De part et d'autre de ce pignon, se dressent les troisièmes et avant-derniers étages des deux tours, comportant deux baies très élancées, dotées d'abat-sons.
Extérieurement la nef est soutenue par des arcs-boutants à deux niveaux, de même type que ceux créés pour la première fois à la cathédrale de Soissons, et lui assurant une stabilité maximale. Le chaperon de chacun des arcs-boutants supérieurs est surmonté d'un pinacle à son sommet près de la nef. Il en est de même de chacune des culées.
Le dos du chaperon de chaque arc-boutant supérieur comporte une canalisation destinée à évacuer les eaux de pluie du toit de la cathédrale. À son extrémité extérieure, cette canalisation traverse la partie supérieure de la culée pour se terminer par une gargouille destinée à projeter les eaux le plus loin possible de l'édifice.
De chaque côté de la nef, entre ces arcs-boutants, se loge une série de petites chapelles latérales peu profondes et dotées chacune extérieurement d'une belle verrière flamboyante à six lancettes. La façade de chacune des chapelles est surmontée d'un pignon triangulaire typiquement brabançon, lui aussi couronné d'un petit pinacle. Chaque face de la nef apparaît ainsi bien décorée et fort élégante.