L’attuale Cattedrale di San Pietro Apostolo fu edificata sul sito della preesistente chiesa dei Gesuiti, alla fine del Settecento, fra il 1762 ed il 1790, su progetto dell’architetto Paolo Posi.
Il prospetto esterno venne invece realizzato nella seconda metà dell’Ottocento grazie alle sovvenzioni di Papa Pio IX, originario di Senigallia, su progetto di Augusto Innocenti. Nel corso degli anni, l'edificio ha subito diversi restauri a causa dei terremoti che hanno colpito la zona.
L’interno della cattedrale è a pianta a croce latina, a tre navate suddivise da pilastri e copertura a cupola. Di particolare interesse, fra le opere contenute nella chiesa, sono quelle del Manierismo italiano di Federico Barocci (Riposo durante la fuga in Egitto), Ercole Ramazzani (Madonna della Speranza), Domenico Corvi (San Paolino e Santa Maria Maddalena) e Alessandro Tiarini (Assunta). Silvio Galimberti realizzò in epoca moderna gli affreschi che raffigurano la consegna delle chiavi del Regno dei cieli a Pietro da parte di Cristo e la consacrazione di Pietro a pastore universale della Chiesa. Essi si trovano ai lati della tela posta sopra l’altare maggiore, dove sono rappresentati i protettori della città e Diocesi, i Santi Pietro e Paolino, opera del bolognese Tiarini.
La sagrestia contiene un sarcofago del VI secolo, detto sarcofago di San Gaudenzio, di autore ignoto. Agli angoli del coperchio sono riprodotti i simboli dei quattro evangelisti (l'angelo di Matteo, il leone di Marco, l'aquila di Giovanni e il bue di Luca), mentre un'iscrizione riferisce che Sigismondo, vescovo di Senigallia, vi pose nel 590 le reliquie di San Gaudenzio, trafugate poi nel 1520 e portate a Ostra.
Importante è anche la cappella ellittica dedicata alla Madonna della Speranza dell’architetto Giuseppe Ferroni, inaugurata nel 1838. Essa si distingue, all'esterno, per le otto colonne corinzie in diaspro siciliano, con basamento in marmo giallo, mentre all'interno si può ammirare un dipinto della Madonna della Speranza realizzato da Ettore Ramazzani (XVI secolo).
Accanto ad essa si trova la cappella dedicata al culto di S. Maria Goretti, la quale è rappresentata – in una scultura lignea del 1986 – nell’atto di perdonare il suo carnefice.
Di pregio il Battistero, dove si aprì alla vita della fede il Beato Pio IX, riccamente lavorato in onore del Papa senigalliese. A lui è dedicata pure l’imponente statua bronzea posta lungo la navata centrale.