Cagliari katedraal, ametlikult Santa Maria Assunta ja Santa Cecilia katedraal, on Cagliari peamine pühapaik. Lennukiga Cagliarisse saabudes on võimatu mitte märgata selle kupplit. Santa Maria katedraal, linna sümboolne pühapaik koos Bonaria basiilikaga, kõrgub Castello linnaosa kohal imposantse mahuga, mida ääristavad Palazzo Regio ja iidne Palazzo di città. Kirik, mis on 35 meetrit pikk, 34 meetrit lai ja 32 meetrit kõrge, on ehitatud gootilis-romaani stiilis. See on tuntud alates 1255. aastast: see oli katedraal, mille kaitsepühakuks oli Püha Cecilia (hiljem sai see nime Püha Maarja järgi). 13. ja 14. sajandi vahel laiendasid seda pisinlased, kuid selle praegune välimus on katalaanide ja aragoonlaste sekkumise tulemus, mis kestis neli sajandit. 1900. aastate alguses lisandus lisa: 1704. aastast pärinev barokkmarmorist fassaad, mis oli inspireeritud Lucca ja Pisa katedraalidest, demonteeriti, lootes asjatult leida selle alt keskaegset fassaadi. See asendati 1931. aastal neoromaaniast marmoristruktuuriga.
Barokkvormid pärinevad viieaastase perioodi 1669-74 töödest: pikihoone laiendamine ja sammaste ehitamine uue, kõrgema katuse ja kuulsa kupli toetamiseks. Tööd andsid katedraalile kõrgelennulise välimuse, mis suurendas selle majesteetlikkust. Pisani algsest paigutusest jäid alles kellatorn, kontrafassaad, ristküla piirdemüürid ja kaks külgportaali.
Plaan on ladina rist: kolm kirikulaeva ja ristiruum, marmorpõrand ja kabelid, mis on rikastatud selliste teostega nagu hõbedane tabernaakel ja püha okas. Laeva seinale toetub Guglielmo kantsel, mis on Pisa katedraali jaoks loodud ja hiljem Cagliari katedraali (1312) üle kantud kantsel. Väga väärtuslikud on ka Madonna ja laps, kullatud puuskulptuur (14. sajand), Giovanni Mameli hõbelamp (1602) ja Filippo Figari keskne laemaaling.
Altari all on märtrite pühamu, kaljusse kaevatud krüptas (1618), kus on 192 reliikviat, mis on jaotatud niššidesse, Cagliari ja Sitsiilia meistrite tööd. Katedraali aardeid hoitakse sakristiidis: Clemens VII triptühhon, mis on omistatud flaami töökojale (15. sajand), Retablo dei Beneficiati, mille on loonud neapolite kunstnikud, ja Palermo hõbedaseppade imeline antependium.
