La Cattedrale di Santa Maria Assunta si trova in via Rossini. Una prima basilica fu edificata nel V secolo nella medesima sede e si trovava entro il perimetro della città romana.

Nel 1503 il campanile fu distrutto da Cesare Borgia e comportò il rifacimento ed ampliamento del presbiterio e dell'abside.Nel 1865, sotto la direzione dell'architetto Giambattista Carducci, iniziò un'altra radicale ristrutturazione, che non modificò però la facciata romanica realizzata nel Duecento.

In occasione di tali lavori avvenne la sensazionale scoperta dell'ampio mosaico pavimentale (900 mq circa) che si estende per tutta la chiesa e che risale, tranne le parti rimaneggiate in epoca medievale, alla metà del VI secolo d.C. Esso fu reso visibile nel biennio 1949-'50.

Fu inoltre così ritrovata, a più di un metro sotto la superficie, una basilica che viene poi identificata nella cattedrale paleocristiana. Il portale trecentesco in pietra bianca è fiancheggiato da due leoni, databili tra il XII e XIII secolo, probabile emblema dei Malatesta. L'interno della chiesa è a croce latina con tre navate, sette altari e tre cappelle.

Nella navata di destra si possono ammirare la cappella di san Terenzio, dove sono conservate le reliquie del santo e di altri santi patroni cittadini, ed un affresco trecentesco della Madonna del popolo. Nella navata di sinistra invece è la cappella del Santissimo Sacramento con resti marmorei dell’antico battistero. Le due cappelle risalgono ai rifacimenti del XIX-XX secolo.

Sopra la porta d’ingresso una tela di Marco Benefial raffigura Maria Assunta tra santi, mentre nel transetto di sinistra la tela di Giovanni Giacomo Pandolfi rappresenta la Crocifissione con Santi.