Vasta costruzione manieristica di Ippolito Scalza (1592-1630), ha facciata incompiuta e fianchi scanditi da paraste; sulla sinistra, campanile quattrocentesco risalente alla precedente pieve. Il grandioso interno, a croce latina con tre navate su pilastri, ha navata principale con volta a botte, alto transetto e cupola. A sinistra del portale centrale, in controfacciata, *statua giacente di Bartolomeo Aragazzi, segretario di papa Martino V, già parte di un grande sepolcro eseguito da Michelozzo, scomposto e disperso nel corso del '600; di esso restano nel Duomo sette frammenti scoperti nel 1815, tra cui due bassorilievi ai primi due pilastri, il paliotto dell'altare maggiore con putti reggifestoni e le due statue a fianco dell'altare. Ai due ultimi pilastri presso la crociera, statue lignee dell'Annunziata e dell'Angelo, di scuola senese del '400. Sull'altare maggiore, grande *trittico di Taddeo di Bartolo, eseguito nel 1401: al centro, Assunzione di Maria e santi; nelle cuspidi, Annunciazione e Incoronazione della Vergine; nei pilastri, santi e Dottori della chiesa; nella predella, scene della passione. Al 5°pilastro della navata sinistra, Madonna col Bambino, di Sano di Pietro; nella 1ª cappella sinistra, *fonte battesimale di Giovanni di Agostino e, alla parete, terracotta invetriata robbiana che incornicia un pregevole bassorilievo (Madonna col Bambino) attribuito a Benedetto da Maiano.