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Dedicada à Assunção, a catedral foi reconstruída por volta de 1120 numa igreja pré-existente dedicada a Santa Maria. A fachada saliente é dividida horizontalmente por uma cornija de tranças e flores, enquanto que verticalmente é dividida em três compartimentos por fortes pilastras quadrangulares no estilo Lombard.
A inserção do portal de mármore com a sua lunette geometricamente embutida, formada a partir de material de folha do período romano, è a datar do século XIII quando todo o edifício foi ampliado e adornado, segundo Vasari, por Nicola Pisano.
.O interior, embora mantendo na sua estrutura e disposição a forma românica de uma cruz latina, com três naves, devido a renovações contínuas ao longo dos séculos, oferece um aspecto renascentista tardio, particularmente na linha das naves. O tecto caixotado, agradavelmente decorado com cruzes, losangos, octógonos, florais, figuras de santos e várias cores e ouro, foi concebido e posto em prática por Francesco Capriani, esculpido por Jacopo Pavolini da Castelfiorentino e posto em ouro por Fulvo della Tuccia. No centro da nave está o Espírito Santo (Paraíso). À sua volta encontram-se bustos dos santos da igreja de Volterra: São Hugh e São Justo, São Linus Papa, São Clemente, Santos Attinia e Greciniana. Attinia e Greciniana.
No centro do transepto está a Virgem Assunta ao Céu com São Victor e São Octávio de cada lado.
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