Edificio romanico di tipo pisano, eretto nei sec. XII-XIII, presenta una facciata in pietra a tre ordini di logge, preceduta da un portico marmoreo aggiunto nella seconda metà del '300. Orna la lunetta del portale mediano una Madonna col Bambino e angeli*, bassorilievo in terracotta invetriata di Andrea della Robbia (1505), artefice anche della pregevole decorazione della volta a botte. Sorge accanto al Duomo il poderoso campanile* con logge di tipo pisano e cuspide cinquecentesca a 67 metri dal suolo. Maestoso è l'
interno a tre navate, con tribuna rialzata, aggiunta nel sec. XVII. Nella
navata destra: all'inizio, il monumento funebre di Cino da Pistoia, opera di scuola senese della prima metà del '300; poco oltre, alla parete, grande Crocifisso su tavola di Coppo di Marcovaldo (1275); nella vicina cappella di S. Jacopo si conserva il
dossale di S. Jacopo**, monumentale opera di orafi senesi, pistoiesi e fiorentini, iniziato nel 1287 e continuato fino alla metà del sec. XV. Il prezioso dossale in argento comprende una grande pala e un paliotto che cinge l'altare su tre lati, ornati di formelle a rilievo e numerose statuette. In fondo alla navata, in una nicchia gotica, trittico del 1424. Dalla tribuna si accede alla
sagrestia, ricordata da Dante come la "sagrestia delli belli arredi". A destra del presbiterio, cappella di S. Atto, con grande tela di Mattia Preti sopra l'urna del santo; nel
presbiterio, rimaneggiato nel 1839, pregevole candelabro in bronzo di Maso di Bartolomeo (1442). Nella cappella a sinistra del presbiterio, tela di Lorenzo di Credi (Madonna in trono e due santi*, 1485; coperta da telo), forse iniziata dal Verrocchio; alla parete sinistra, stele del vescovo Donato de' Medici di Antonio Rossellino o del Verrocchio. All'inizio della
navata sinistra monumento al cardinale Niccolò Forteguerri (1419-73): sono probabile opera del Verrocchio le statue della Fede e della Speranza; dei suoi seguaci, tra i quali Lorenzo di Credi, quelle di Cristo e degli angeli. Fra le porte della
controfacciata, bel fonte battesimale* su disegno di Benedetto da Maiano.