Prenant appui sur des murs du XVIIe siècle fortement contrefortés par Delamonce, ce dôme a été élevé selon les plans de 1736. Il offre la particularité d'un tambour haut. Pourquoi ?
Construit comme le reste de l'édifice en pierre dorée, percé de 8 grandes fenêtres ovales, hautes de 5 mètres, il supporte une couverture à pans bombés dans laquelle s'ouvrent des lucarnes, surmontée d'un lanternon, de la boule et de la croix en plomb, symbole des Chartreux. A l'origine, la couverture était de tuiles vernissées et s'achevait par une boule de cuivre. Le dôme mesure 10 mètres de largeur et culmine à 50 mètres de hauteur
Jusqu'en 1870, l'église n'a qu'une architecture extérieure d'une extrême sobriété. Sa façade, en particulier, n'offre qu'un grand mur plat percé d'une porte et d'une fenêtre.
La construction de la façade est confiée à Sainte-Marie Perrin. Celui-ci conserve la fenêtre centrale. Il plaque contre le mur d'entrée cette façade néo-baroque au style imposant. La partie centrale comprend trois niveaux progressivement en retrait :
Le cloître date de la première campagne de travaux ; sa construction est achevée en 1631.
Des arcades en plein cintre ouvrent sur une cour intérieure, cimetière des moines où ceux-ci furent enterrés jusqu'à la fermeture de la Chartreuse en 1791.
La galerie est constituée d'une voûte d'arêtes contrefortée aux angles par des arcs doubleaux en saillie.
L'abside n'était pas destinée à être vue.
La partie inférieure des murs date de la première campagne de construction du XVIIe siècle et la partie supérieure de la seconde (XVIIIe). Cinq fenêtres éclairent le choeur. On repère l'emplacement des ouvertures que Ferdinand Delamonce fit fermer lors du remaniement de l'église au XVIIIe siècle.
Sa couverture en éventail, de même pente et de même matériau que celle de la nef et du choeur, est ornée de six pots à feu.
L'abside devrait être restaurée en 2022.