Johannes evangelistens katedral är den viktigaste kyrkan i staden och den byggnad från vilken legenden om Sansepolcros ursprung börjar. Sansepolcro-katedralen byggdes för första gången under första hälften av 1000-talet och är tillägnad de fyra evangelisterna och den heliga graven: enligt traditionen transporterades relikerna från Kristi grav till denna plats från det heliga landet av två pilgrimer, Aegidius och Arcaneus. Vid samma tid grundades också ett kloster på uppmaning av kejsar Henrik II, som senare utvidgades 1100 och beboddes av kamaldoliska munkar från mitten av 1100-talet.
År 1520 skapades på påve Leo X:s order stiftet Sansepolcro, vilket skiljde det från stiftet Città di Castello. Klostret blev då den lokala katedralen och tillägnades Sankt Johannes evangelisten, stadens skyddshelgon. Sedan 1986 har kyrkan blivit medkatedral för det nya stiftet som den ingår i, tillsammans med städerna Arezzo och Cortona.
Kyrkan har en basilikaplan från 1300-talet med tre skepp; skeppet är täckt av ett fackverkstak (resultatet av en restaurering 1934-1943), medan sidoskeppen har kryssvalv. Förutom högaltaret finns det sex andra altare, varav fyra är placerade i sidogångarna, ett i det heliga ansiktets kapell och det sista i slutet av den högra gången.
Katedralens interiör rymmer värdefulla verk av lokala konstnärer, bland annat det heliga ansiktet-krucifixet från Karl den stores tid, polyptyken av uppståndelsen, terrakottatabernaklet av Andrea della Robbia, Kristi himmelsfärd av Perugino, etc.
