La Cattedrale venne costruita nel 1459-1464 su progetto di Cosimo Morelli e venne rimaneggiata successivamente nel 1771. La facciata, incompiuta, presenta i resti di una torre campanaria, di scuola gotica fiorita risalente invece al 1478 ed attribuita a Marino di Marco Cedrino.
L'interno, vasto e luminoso, è stato realizzato in stile neoclassico. Esso si caratterizza per le grandi colonne binate, le quali suddividono le tre navate e la crociera a cupola, le cui dimensioni vogliono comunicare un sentimento di grandezza verso il divino. La pala dell'altare maggiore raffigura San Giuliano che intercede la Madonna col Bambino a causa della minaccia della peste, opera di Cristoforo Unterbenger (1786). Sotto le cantorie si trovano invece interessanti tele del 1602 di Filippo Bellini, discepolo del Barrocci (Ultima cena e Cena di Emmaus). Pregevolissime sono le grandi tempere nei pennacchi del catino (Virtù teologali e Religione) di Silvio Galimberti (1938).
Le cappelle laterali conservano opere notevoli. Sul primo altare di destra (di patronato della Famiglia Ferri) Consegna delle chiavi di scuola bolognese. Nella seconda cappella a destra è presente una pala: Madonna fra i SS. Sebastiano e Andrea dipinta, nel 1600, da Andrea Boscoli, uno dei migliori manieristi fiorentini; nel transetto destro un mosaico con san Michele Arcangelo eseguito nel 1628 da Giambattista Calandra per la basilica vaticana.
Sul terzo altare destro (dei Compagnoni) San Carlo Borromeo, tela del maceratese Vincenzo Martini (1790). In fondo al transetto sinistro si apre la Cappella del SS.Sacramento, sapiente riproduzione dello stile settecentesco (Giuseppe Rossi, 1932) con la cupola affrescata dal Pavisa (1932). Nella prima cappella di sinistra si trova il fonte battesimale, frammento di una grande costruzione lignea secentesca che riproduceva il progetto michelangiolesco per la Basilica Vaticana.
Preziose opere d’arte sono custodite anche nella sacrestia: nell'aula dei canonici ed in altri locali attigui la Madonna col Bambino fra i Santi Antonio Abate e Giuliano trittico firmato e datato (1369) da Allegretto Nuzi; Madonna in gloria fra i SS. Giuliano ed Antonio di Padova tavola attribuita a Vincenzo Pagani (sec. XVI). Inoltre, l’ampia sacrestia comune conserva: Madonna col Bambino fra i SS.Giovanni Battista, Sebastiano, Giacomo Maggiore tela di Gaspare Gasparrini, maceratese, seguace del Sermoneta (1574); Natività di Maria del concittadino Sforza Compagnoni (sec. XVI); Pietà di Filippo Bellini; Miracolo di San Gregorio, bozzetto di Andrea Sacchi per la pala della cappella gregoriana in S.Pietro Vaticano. Sull'altare della cappella S.Giuliano cui appare un angelo che gli annuncia la prossima morte, tela di Francesco Mancini (1738).
Ottimo l'organo posto nella cantoria destra, uno dei più grandi dell'artista, costruito da Gaetano Callido nel 1790.
Un'ampia scalinata conduce alla chiesa inferiore che dispone di tre altari: il maggiore dedicato al SS. Sacramento e gli altri alla Madonna di Loreto e a S.Maria Maddalena.
Nel duomo di Macerata, inoltre, si conserva entro una preziosa urna di argento il braccio di S.Giuliano, protettore della città.
La chiesa è temporaneamente chiusa.