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La parte più interessante del Duomo è costituita, nonostante
il rifacimento neoclassico di fine XIX secolo, dall'ampia abside,
che ha mantenuto una sua imponente monumentalità ed anche consistenti
pezzi d'arte.
L'abside è dominato da un notevole altare, proveniente dal Santuario dell'Incoronata sito presso Summonte e appartenente all'Ordine Camaldolese, realizzato nel 1577 per volere di Laura Brancaccio moglie in seconde nozze di Antonio Carafa. Quando nel 1809, i beni furono incamerati dallo Stato, i frati dovettero abbandonare la struttura che andò in malora. Per questo, nel 1813, l'altare venne trasportato nella Cattedrale per rimpiazzare quello antico. Con il successivo prolungamento dell'abside, l'altare venne nuovamente rimosso, portandolo indietro. La pregevole fattura sottolinea la bravura del suo progettista, l'Architetto bergamasco Cosimo Fanzaga, a cui si devono tanti monumenti avellinesi del periodo dei feudatari Caracciolo.
Sotto la volta, sono riportate due serie di figure: nove medaglioni di stucco a rilievo riproducono dei Vescovi di Avellino, l'esistenza di alcuni di questi, quelli tra i più antichi, è posta in dubbio dalla stessa Diocesi di Avellino. Le figure corrispondono (da sinistra) a S. Silverio Papa, il Vescovo Francesco Scannagatta, S. Modestino, Roberto, S. Sabino, il Vescovo Timoteo, Guglielmo, il Vescovo Felice Leone e S. Ormisda Papa.
Nelle vele, sotto i medaglioni, sono riprodotti a colori i simboli delle beatitudini (misericordia, fame, purezza di cuore, pianto, sofferenza, pacificità, povertà, mitezza), con in mezzo Cristo. Fu il Vescovo Francesco Gallo (1855-1896) a commissionare tutte le pitture figurative su intonaco, incluse quelle dell'abside, ad Achille lovine.
All'uscita dell'abside, si vede un quadro di Angelo Michele Ricciardi relativo alla cacciata degli Angeli ribelli dal Paradiso.
Alzando lo sguardo sulla prima parte della volta dell'abside, si nota la rappresentazione di tre tappe della vita di S. Modestino, all'atto della sua partenza in nave da Antiochia per raggiungere la Campania e quindi in Avellino (in partenza la gente è triste e piange, all'arrivo la gente è festante), in punto di morte, nel suo letto, dove gli vengono dati i conforti religiosi alla presenza del clero in preghiera, mentre gli Angeli gli recano la palma del martirio e la corona del premio che gli verrà attribuita dal Signore, all'atto del ritrovamento del suo corpo presso il pagus Urbinatum, con la processione che accompagna i suoi resti, mentre il Vescovo attende all'ingresso della nuova Cattedrale, con i fedeli che si genuflettono come segno di devozione.
Di fronte alla navata di sinistra, si trova la Cappella del Santissimo, già detta Cappella di S. Modestino, ed ancora prima Cappella del Tesoro, visto che conteneva i resti dei Santi protettori della città, quasi tutti inclusi in busti di argento. Come già si è detto, durante la Repubblica Partenopea, nel 1799, vennero prelevati quasi tutti, tranne S. Modestino e S. Lorenzo. Gli altri erano Fiorentino, Flaviano, Gennaro, Anna, Biagio, Carlo Borromeo, Filippo Neri, Gaetano da Thiene, Andrea Avellino, Apollonia, Francesco Saverio e S. Giuseppe. Nella Cappella si trovano due piccoli quadri, la Predicazione di S. Gaetano da Tiene, di Giuseppe Simonelli (a sinistra) e la nascita di Gesù, di Giacinto Diana (a destra). Sul pavimento, risalta lo stemma in marmo di Avellino, l'Agnello dell'Apocalisse sul Libro dei Sette Sigilli.
Spostandoci dall’altro lato, nell'abside di fronte alla navata laterale di destra, troviamo la Cappella della Santissima Trinità, il cui nome deriva dal bassorilievo in marmo dove è raffigurata e che recita in latino: "Sia onore e gloria in eterno alla Santissima e indivisibile Trinità". Si tratta di un lavoro risalente non oltre alla metà del XVII secolo, attribuito a Giovan Domenico D'Auria ed Annibale Caccavello, sotto la direzione di Giovanni Miriliano (noto come Giovanni da Nola). Nella Cappella, sulla destra, si trova un busto di S. Lorenzo e sotto una teca con reliquia. A sinistra, c'è una statua di S. Lucia.