La cattedrale domina la città ed è tra i maggiori esempi di romanico-gotico della regione.
Costruita sul sito che ospitava il tempio pagano di Esculapio ed Igea, custodisce al suo interno una suggestiva cripta con colonne romane e con i sarcofagi dei Santi Martiri osimani. Accanto alla cattedrale, il Battistero a pianta rettangolare ospita un bel fonte battesimale bronzeo.
Di particolare importanza per la storia e la fede locale, il crocifisso ligneo esposto in cattedrale, risalente al tempo del vescovo Gentile: si narra che il 2 luglio 1797 molti astanti abbiano visto muoversi gli occhi del crocifisso; da qui la festa solenne celebrata ogni anno il 2 luglio.