La cattedrale di S. Lorenzo venne eretta in forme romaniche nel sec. XII probabilmente da una colonia di architetti lombardi, che fin dal 1090 si era stabilita a Viterbo; secondo la tradizione sorse sul posto di un tempio di Ercole, mitico fondatore della città, e di una successiva pieve di S. Lorenzo (una chiesa è ricordata qui già nell'VIII-IX sec.). Nei secoli subì modifiche e rifacimenti, e dopo i bombardamenti del 1944 venne riportata da radicali restauri alle forme originarie, ad eccezione della facciata. Il *campanile fu eretto in forme gotiche nella seconda metà del sec. XIV, a 4 piani di doppie eleganti bifore; l'alternarsi di fasce di peperino e di travertino crea un vivace effetto cromatico e rivela influssi di gusto senese. L'interno della chiesa, a tre navate divise da 20 belle colonne monolitiche dai pregevoli capitelli, presenta interesse per l'architettura e per varie opere d'arte, soprattutto dipinti.Nella navata mediana, avanzi del pavimento in opus alexandrinum, della fine del sec. XII, restaurato nel 1878. Nella parete d'ingresso, a sin., il sarcofago di Giovanni XXI, unico papa portoghese della storia, eletto nel conclave del 1276 e ricordato da Dante. Alla parete d., Sposalizio di S. Caterina e altri santi, bell'affresco di scuola del Pastura. Una porta a sin. conduce alla cappella barocca, in cui è la tomba di Letizia Bonaparte (1804-71), cugina di Napoleone III, con busto di Giovanni Dupré. In corrispondenza del battistero si trova, nella navata, la ricca vasca battesimale di Francesco da Ancona (1470); nella successiva cappella del SS. Sacramento, all'altare, i Ss. Valentino e Ilario e il SS. Sacramento, tela di G.M. Morandi (1697), quindi, ancora nella navata d., S. Lorenzo che amministra la S. Comunione di Marco Benefial.Dietro l'abside centrale si allunga il presbiterio della chiesa barocca, aggiunto al tempo dei cardinal Gambara, con affreschi di Giuseppe Passeri e, sull'altare, S. Lorenzo in gloria, tela di G.F. Romanelli. Nell'abside sin., copia della *Madonna della Carbonara, preziosa tavola della fine del sec. XIII (custodita nell'adiacente Museo). In fondo alla navata sin., alla parete, tabernacolo rinascimentale; quindi S. Lorenzo e gli ammalati, grande tela di Marco Benefial, cui fa riscontro, oltre la cappella di S. Lucia, S. Lorenzo e i poveri dello stesso. Oltre la porta della sagrestia, *Cristo benedicente fra santi e committente, opera di Gerolamo da Cremona (1472). Nella sagrestia sono armadi intagliati su disegno di Giuseppe Antolini. I tesori di inestimabile valore che si sono accumulati nel corso dei secoli nelle adiacenti sale capitolari hanno trovato sede nel Museo Colle del Duomo.