La Cattedrale di Santa Maria Assunta venne costruita in stile romanico nell'XI secolo. Nel corso del XIII secolo ci furono i primi sconvolgimenti, con l'erezione della facciata e dell campanile. La facciata viene ritoccata più volte, sino ad assumere la conformazione attuale "a capanna"; nel XV secolo venne aggiunto, ad opera di Antonio Barocci, il portico in stile rinascimentale, sormontate da una ricca trabeazione ornata e un terrazzo. La parte superiore, in stile romanico, è divisa in due fasce sovrapposte con tre grandi nicchie ogivali e tre rosoni; nella nicchia centrale, vi è il mosaico raffigurante "Cristo in Trono fra la Madonna e San Giovanni Evangelista" (1207). A sinistra, si innalza la torre campanaria duecentesca, a pianta quadrata, con una bifora e una cuspide ottagonale. Tra i secoli XVII e XVIII, l'interno subì pesanti rifacimenti in stile barocco: furono completamente ricostruite le navata centrale e le due laterali. La pianta è a croce latina, con tre navate di sei campate ciascuna, transetto, abside semicircolare e cupola con copertura della crociera. Le navate laterali e l'abside quattrocentesca sono decorate con i pregevoli affreschi di Filippo Lippi (1467-1469) raffiguranti Storie della Vergine. Al centro del presbiterio vi è l'altare maggiore in marmi policromi, opera di Giuseppe Valadier. Annessa alla Cattedrale si trova la Cappella del Vescovo Eroli, affrescata dal Pinturicchio (1497).