Dedicada a Nuestra Señora de la Asunción, la catedral fue reconstruida hacia 1120 sobre una iglesia preexistente dedicada a Santa María. La fachada saliente está dividida horizontalmente por una cornisa de trenzas y flores, mientras que verticalmente está dividida en tres compartimentos por fuertes pilastras cuadrangulares de tipo lombardo. La inserción del portal de mármol con su luneta de incrustaciones geométricas, formada por recortes de la época romana, se remonta al siglo XIII, cuando todo el edificio fue ampliado y adornado, según Vasari, por Nicola Pisano. El interior, aunque conserva en su estructura y disposición la forma románica de cruz latina, con tres naves, debido a las continuas renovaciones a lo largo de los siglos, ofrece un aspecto renacentista tardío, especialmente en la línea de las naves. El artesonado, agradablemente decorado con cruces, rombos, octógonos, flores, figuras de santos y diversos colores y oro, fue diseñado y colocado por Francesco Capriani, tallado por Jacopo Pavolini da Castelfiorentino y dorado por Fulvo della Tuccia. En el centro de la nave está el Espíritu Santo (el Paraíso). Alrededor hay bustos de los santos de la iglesia de Volterra: San Hugo y San Justo, San Lino Papa, San Clemente, SS. Attinia y Greciniana. En el centro del crucero se encuentra la Virgen Asunta al Cielo con San Víctor y San Octavio a ambos lados.
