Закладка першага каменя, блаславёнага папам Мікалаем IV і закладзенага ў раёне старога сабора Святой Марыі і капітулярыя Санта Кастанца, датуецца 1290 г. Першапачатковы праект, распрацаваны першым архітэктарам сабора, заставаўся невядомым , прадугледжваў базілікальны план з трыма нефамі з шасцю паўкруглымі бакавымі капліцамі з кожнага боку, невыступаючым крыжовым скляпеннем і паўцыліндрычнай апсідай.Пасля таго, як нефы і трансепт былі пабудаваны, калі сцены дасягнулі ўзроўню даху, наступіў крытычны момант для будаўнічай пляцоўкі, які быў вырашаны выклікам у Арвіета Ларэнца Майтані. Афіцыйна апраўданая меркаванай няўстойлівасцю сцен трансепта, у рэчаіснасці ўмяшанне сіенскага архітэктара выходзіла за межы чыста тэхнічнай сферы і выяўляла глыбокую змену ў гусце і мастацкай праграме, якая мела свае карані ў больш шырокім кантэксце палітычнай гісторыі і сацыяльнай сферы. горад.Змяняючы гарманічнае адзінства і бесперапыннасць першабытнай архітэктуры сабора, Майтані пабудаваў бескарысныя і «непрывабныя» апорныя канструкцыі: контрфорсы, шпоры, лётныя контрфорсы і, засяродзіўшы сваю ўвагу на дэкоры ніжняй часткі фасада, ён змяніў верхнюю частку, распрацаваўшы трохстворкавае рашэнне.першапачатковая планіроўка сабора была дадаткова зменена шляхам замены паўкруглай апсіды сучаснай квадратнай трыбунай (1328-1335); паміж 1335 і 1338 гадамі трансепт быў скляпеністы, а пасля ў прасторах, створаных паміж контрфорсамі і валамі, была пабудавана капэла карпаралаў (1350-1356), новая сакрыстыя (1350-1365) і Нуова або С. Брыцыё (1408-1444). ).Пасля Майтані, які памёр у 1330 годзе, шматлікія майстры-будаўнікі ўзялі на сябе кіраўніцтва працамі:яго сын Віталь, Нікало Нуці (1331-5), Меа Нуці (1337-9), зноў Нікало (1345-7), Андрэа Пізана (1347-8), Ніно Пізана (1349), магчыма, Матэа дзі Уголіна да Балоння (1352) -6), Андрэа дзі Чэка да Сіена (1356-9), Андрэа дзі Чыёне, вядомы як Л'Арканья (1359-80), які распрацаваў акно-ружу, і іншыя сіенскія архітэктары, у тым ліку Антоніа Федэрыгі (1451-6), які ён увёў формы эпохі Адраджэння з устаўкай дванаццаці ніш на фасадзе.У 1422-5 гадах з белага і чырвонага мармуру пабудавана вонкавая лесвіца; прыкладна праз трыццаць гадоў корпус будынка быў завершаны з завяршэннем даху трыбуны і капліц.Дасягненні XVI ст.у ХVІ ст. імкненне да абнаўлення, парушэнне адпаведнасці з праектам чатырнаццатага стагоддзя, вызначыла глыбокую трансфармацыю сабора ў контррэфармаваную царкву, згодна з дыктатам Трыдэнцкага сабору і маньерыстычным густам. Кантрафасад і прадзелы былі ўпрыгожаны ляпнінай, фрэскамі, алтарнымі карцінамі, усімі прадугледжанымі элементамі, а таксама мармуровымі статуямі, размешчанымі па ўсёй царкве, па адзінай стылістычнай і іканаграфічнай праграме, распрацаванай і выкананай, сярод іншых: Рафаэлем з Мантэлупа, Федэрыка і Тадэа Цукары, Джыралама Муцыяна, Сімоне Моска і з Орвіета Іпаліта Скальца і Чэзарэ Нэбія.Таксама ў 1500-х гадах была перароблена падлога і дабудаваны фасад, які праз два стагоддзі быў пазбаўлены найстарэйшых мазаік, замененых копіямі.
