Gewijd aan de Assumptie werd de kathedraal rond 1120 herbouwd op een reeds bestaande kerk gewijd aan de heilige Maria. De saillante voorgevel wordt horizontaal verdeeld door een kroonlijst van vlechten en bloemen, terwijl hij verticaal in drie vakken wordt verdeeld door sterke vierhoekige pilasters in Lombardische stijl.
De invoeging van het marmeren portaal met zijn geometrisch ingelegde lunet, gevormd uit plaatmateriaal uit de Romeinse tijd, è te dateren in de 13e eeuw, toen het hele gebouw volgens Vasari werd vergroot en versierd door Nicola Pisano.
.Het interieur behoudt in zijn structuur en indeling de romaanse vorm van een Latijns kruis, met drie beuken, als gevolg van voortdurende verbouwingen door de eeuwen heen, maar biedt een late Renaissance uitstraling, met name op de lijn van de beuken. Het cassetteplafond, fraai versierd met kruisen, ruitjes, achthoeken, bloemen, heiligenfiguren en verschillende kleuren en goud, is ontworpen en aangebracht door Francesco Capriani, gesneden door Jacopo Pavolini da Castelfiorentino en in goud gezet door Fulvo della Tuccia. In het midden van het schip staat de Heilige Geest (Paradijs). Daaromheen staan bustes van de heiligen van de kerk van Volterra: de heilige Hugh en de heilige Just, de heilige Linus Paus, de heilige Clement, de heiligen Attinia en Greciniana. Attinia en Greciniana.
In het midden van het dwarsschip staat de ten hemel opgenomen Maagd met aan weerszijden de H. Victor en de H. Octavianus.
.
