La catedral de Cagliari, oficialmente Catedral de Santa María Assunta y Santa Cecilia, es el principal lugar de culto de Cagliari. Al llegar a Cagliari en avión, es imposible no fijarse en su cúpula. La catedral de Santa María, lugar de culto simbólico de la ciudad junto con la basílica de Bonaria, se alza imponente sobre el barrio de Castello, flanqueada por el Palazzo Regio y el antiguo Palazzo di città. La iglesia, de 35 metros de largo, 34 de ancho y 32 de alto, se construyó con formas gótico-románicas. Se conoce desde 1255: fue la catedral con la patrona Santa Cecilia (más tarde recibió el nombre de Santa María). Entre los siglos XIII y XIV, los pisanos la ampliaron, pero su aspecto actual es fruto de intervenciones catalano-aragonesas que duraron cuatro siglos. Con un apéndice a principios del siglo XX: la fachada barroca de mármol de 1704, inspirada en las catedrales de Lucca y Pisa, fue desmontada con la vana esperanza de encontrar la medieval que había debajo. Fue sustituido en 1931 por una estructura neorrománica de mármol.
Las formas barrocas se remontan a las obras del quinquenio 1669-74: ampliación de la nave y construcción de pilares para sostener el nuevo tejado, más alto, y la famosa cúpula. Las obras dieron a la catedral un aspecto elevado, realzando su majestuosidad. Del trazado original pisano quedaron el campanario, la contrafachada, los muros perimetrales del crucero y los dos portales laterales.
La planta es de cruz latina: tres naves y crucero, suelo de mármol y capillas enriquecidas con obras como el tabernáculo de plata y la Santa Espina. Apoyado en la pared de la nave se encuentra el púlpito de Guglielmo, un púlpito esculpido para la catedral de Pisa, trasladado posteriormente a Cagliari (1312). También son de gran valor la Virgen con el Niño, una escultura de madera dorada (siglo XIV), la lámpara de plata de Giovanni Mameli (1602) y las pinturas del techo central de Filippo Figari.
Bajo el altar se encuentra el santuario de los Mártires, una cripta excavada en la roca (1618), que alberga 192 reliquias, distribuidas en hornacinas, obra de maestros de Cagliari y Sicilia. En la sacristía se conserva el tesoro de la catedral: el Tríptico de Clemente VII, atribuido a un taller flamenco (siglo XV), el Retablo dei Beneficiati, realizado por artistas napolitanos, y el maravilloso antependium de los plateros de Palermo.