Dédiée à Notre-Dame de l'Assomption, la cathédrale a été reconstruite vers 1120 sur une église préexistante dédiée à Sainte-Marie. La façade saillante est divisée horizontalement par une corniche de tresses et de fleurs, tandis que verticalement elle est divisée en trois compartiments par de forts pilastres quadrangulaires de type lombard. L'insertion du portail en marbre avec sa lunette géométriquement incrustée, formée à partir de chutes de l'époque romaine, remonte au XIIIe siècle, lorsque l'ensemble du bâtiment fut agrandi et orné, selon Vasari, par Nicola Pisano. L'intérieur, tout en conservant dans sa structure et sa disposition la forme romane d'une croix latine, avec trois nefs, en raison des rénovations continues au cours des siècles, offre un aspect de la Renaissance tardive, en particulier sur la ligne des nefs. Le plafond à caissons, agréablement décoré de croix, de losanges, d'octogones, de fleurs, de figures de saints et de diverses couleurs et or, a été conçu et mis en place par Francesco Capriani, sculpté par Jacopo Pavolini da Castelfiorentino et mis en or par Fulvo della Tuccia. Au centre de la nef se trouve le Saint-Esprit (Paradis). Autour d'elle se trouvent les bustes des saints de l'église de Volterra : St Hugh et St Just, St Linus Pape, St Clément, SS. Attinia et Greciniana. Au centre du transept se trouve la Vierge Assumée au Ciel avec Saint Victor et Saint Octave de chaque côté.