La catedral dedicada a Santa María Asunta fue construida hacia 1120 sobre una iglesia preexistente dedicada a Santa María destruida por un violento terremoto. La fachada de estilo románico pisano se remonta al siglo XIII, cuando la iglesia fue ampliada y adornada muy probablemente por Nicola Pisano, que trabajó en el cercano Baptisterio.
El interior tiene una planta de cruz latina con tres naves divididas por 22 columnas de granito y paredes pintadas a rayas blancas y negras. En la nave izquierda se encuentra el púlpito, reconstruido con elementos originales del siglo XII, mientras que una capilla alberga el grupo de madera de la Deposición (1228), una obra maestra de la escultura románica.
La Catedral tiene un aspecto renacentista tardío debido a las continuas renovaciones que se han realizado a lo largo de los siglos, como el grandioso artesonado con elementos geométricos decorativos.
En el centro de la nave se encuentran los bustos de los santos de la iglesia de Volterra: San Hugo, San Justo, San Lino Papa, San Clemente y las Santas Attinia y Greciniana.
