Katedrala v Cagliariju, uradno katedrala Santa Maria Assunta in Santa Cecilia, je glavno bogoslužje v Cagliariju. Ob prihodu v Cagliari z letalom je nemogoče, da ne bi opazili njegove kupole. Katedrala Santa Maria, ki je skupaj z baziliko Bonaria simbolično mesto čaščenja, se z impozantno višino dviga nad okrožjem Castello, ob njej pa stojita palača Palazzo Regio in starodavna palača Palazzo di città. Cerkev, dolga 35 metrov, široka 34 metrov in visoka 32 metrov, je bila zgrajena v gotsko-romanskem slogu. Znana je od leta 1255: bila je katedrala z zavetnico sveto Cecilijo (pozneje je dobila ime po sveti Mariji). Med 13. in 14. stoletjem so ga povečali Pisanci, njegova sedanja podoba pa je rezultat katalonsko-aragonskih posegov, ki so trajali štiri stoletja. V začetku devetdesetih let 20. stoletja je bilo odstranjeno baročno marmornato pročelje iz leta 1704 po vzoru katedral v Lucci in Pisi v zaman upanju, da bodo pod njim našli srednjeveško fasado. Leta 1931 so jo nadomestili z neoromansko marmorno zgradbo.
Baročne oblike izvirajo iz del v petletnem obdobju 1669-74: povečanje ladje in gradnja stebrov, ki so podpirali novo, višjo streho in znamenito kupolo. Zaradi teh del je katedrala dobila vzvišen videz, kar je še povečalo njeno veličastnost. Od prvotne pisanske zasnove so se ohranili zvonik, pročelje, obodni zidovi transepta in dva stranska portala.
Načrt je latinski križ: tri ladje in transept, marmornata tla in kapele, obogatene z deli, kot sta srebrni tabernakelj in Sveti trn. Ob steno ladje je naslonjena Guglielmova prižnica, izklesana za katedralo v Pisi, ki je bila kasneje prenesena v Cagliari (1312). Zelo dragoceni so tudi pozlačena lesena skulptura Madona z otrokom (14. stoletje), srebrna svetilka Giovannija Mamelija (1602) in osrednje stropne poslikave Filippa Figarija.
Pod oltarjem je svetišče mučencev, kripta, vkopana v skalo (1618), v kateri je v nišah razporejenih 192 relikvij, delo mojstrov iz Cagliarija in Sicilije. V zakristiji se hrani katedralni zaklad: triptih Klementa VII., pripisan flamski delavnici (15. stoletje), Retablo dei Beneficiati, ki so ga ustvarili neapeljski umetniki, in čudovit antependij srebrnikov iz Palerma.