Il Duomo è posto al centro della città e contiene tracce significative di Santi, anche urbinati, e notevoli opere d’arte. L’edificio,iniziato nel 1474 per volontà di Federico da Montefeltro e con una Bolla speciale di Sisto IV, su progetto di Francesco di Giorgio Martini proseguito da Guidubaldo e terminato da Francesco Maria I, sorgeva su preesistenti edifici (un tempio edificato nel 1021 dal vescovo Teodorico e pochi anni dopo ricostruito dal beato Mainardo e solennemente riconsacrato nel 1066).
Venne consacrato il 19 ottobre 1534 dal vescovo Nordi di Urbino. In seguito al terremoto del 3 giugno 1781 riportò gravi danni e successivamente, il 12 gennaio 1789, rovinò la cupola, disegnata in forma ottagonale da Muzio Oddi e fatta erigere da Francesco Maria II della Rovere nel 1604, e precipitò sul sottostante oratorio della Grotta. L’intero complesso venne ristrutturato a partire dal 1789, in eleganti forme neoclassiche su disegno di Giuseppe Valadier e riaperto al pubblico l’8 settembre 1801 dall’arcivescovo Berioli. Sopra il timpano della facciata, in pietra bianca del Furlo (opera di Camillo Morigia ravennate), tripartita con lesene scanalate, sono collocate sette statue,opera di Giambattista Monti; le tre poste sul timpano rappresentano le tre virtù teologali: Fede, Speranza e Carità; ai lati estremi quelle di S.Agostino e di S. Giovanni Crisostomo.
Ai piedi della gradinata antistante, costruita nel 1859, a destra , il Beato Mainardo, vestito con piviale, mitria e con il libro sotto il braccio e, a sinistra, S. Crescentino, vestito da guerriero con il drago sotto i piedi. Questi due santi trasmettono al pellegrino ospite un alto valore: l’amore verso i poveri. L’interno, grandioso, della Basilica Metropolitana, a croce latina, è a tre navate separate da ampi archi a tutto sesto poggianti su fasci di solidi pilastri e semicolonne scanalate con capitello corinzio; le volte a botte e a crociera, la cupola è conclusa con lanternino. Nella prima campata di sinistra il gruppo del Battesimo di Cristo del riminese Antonio Trentanove. Nel primo altare, sempre di sinistra, Visitazione di Antonio Viviani.
Nel secondo altare va segnalato il quadro di Palma il Giovane da Bassano L’Imperatore Eraclio porta la Croce, dipinto nel 1619.In questa tela è rappresentato il trasporto della Croce fatto dall’Imperatore, in abito dimesso, alla guida di una lunga processione con il Patriarca di Gerusalemme Macario seguito da un’immensa turba di popolo, di armati e di cavalieri. Sullo sfondo un paesaggio montuoso con castello. Tra le migliori tele di Claudio Ridolfi, il Veronese, è stimata quella che ritrae S. Carlo Borromeo, in abito cardinalizio, a cui appare la Vergine col Bambino, nel terzo altare.
Di Raffaello Motta da Reggio è l’Annunciazione che si può ammirare al quarto altare. Eretta fin dal XV secolo, rinnovata per interessamento di Francesco Maria II della Rovere, a stucchi barocchi e absidata, è la la cappella del SS. Sacramento, che non subi danni per la caduta della cupola del 1789. A sinistra dell’altare maggiore e ristrutturata nel 1588 per volere del duca Francesco Maria II della Rovere, è la celebre Ultima Cena del Barocci, eseguito tra il 1592 e il 1599.
Il Cristo seduto nel Cenacolo in mezzo ai suoi discepoli tiene con una mano il pane davanti al calice e con l’altra lo benedice volgendo gli occhi al cielo, squarciato da una luce con quattro angeli che l’adorano e con gli apostoli in atteggiamento ammirato. Le tele del soffitto sono di Antonio Viviani. Di fronte alla Cena una tela di G. Battista Urbinelli di Urbino che rappresenta l’Adorazione dei Magi. La seicentesca Cappella dell’Immacolata Concezione (a destra dell’altare maggiore) è decorata da affreschi con gli Episodi della vita della Vergine, Natività della Vergine, di Carlo Cignani, e Assunzione della Vergine, del Maratta.
