Die Kathedrale von Belluno bestimmt das historisch-religiöse Scharnier der Stadt und ist von wichtigen Gebäuden umgeben, die den Platz, auf dem sie steht, begrenzen. Es wird nämlich vom ehemaligen Palazzo del Tribunale (Gerichtsgebäude), dem Rathaus, dem Palazzo dei Rettori (Präfektur), dem Auditorium, dem Baptisterium und dem Palazzo Piloni, dem Sitz der Provinzverwaltung, gekrönt. Im antiken Stadtzentrum erbaut, stammen die ersten Informationen über sie aus dem Jahr 547, als Bischof Felice - als Zeichen der Votivdankbarkeit - sie nach dem Heiligen Martin, Bischof von Tours, benannte. Von der ursprünglichen frühmittelalterlichen Kirche sind einige Steinfragmente mit dekorativen Motiven in Vimino-Gewebe (9.-10. Jh.) erhalten, die bereits als Füllmaterial verwendet wurden und bei der Restaurierung nach dem Erdbeben von 1936 gefunden wurden. Die schlichte Steinfassade hat zwei gotische Fenster, ein reiches Barockportal und eine zentrale Rosette, die mit einem Glas verschlossen ist, auf dem Heilige abgebildet sind. Auf der linken Seite befindet sich der barocke Glockenturm, ganz aus Stein, der 71 Meter hoch ist und von dem Architekten Filippo Juvara aus Messina entworfen wurde. Der Innenraum, majestätisch und elegant, ist in drei Schiffe mit hohen Bögen unterteilt, die typisch für gotische Kirchen sind. Die Wände sind von Marmoraltären aus dem achtzehnten Jahrhundert geprägt, während die Kuppel luftig und lichtdurchflutet erstrahlt. Zu den wichtigsten Werken gehören die Szene des Martyriums von San Lorenzo von Jacopo Bassano aus dem Jahr 1571, die Absetzung von Palma il Giovane und, im ersten Altar rechts, das Altarbild von Andrea Meldolla, bekannt als lo Schiavone.