Di origini remote venne ricostruita ex novo nei secoli XVI e XVII perché ritenuta troppo modesta rispetto agli altri luoghi sacri della cittadina. L'esterno si presenta con l'ampia facciata in laterizio, che domina la Piazza del Palazzo della Ragione, divisa in tre parti da semicolonne aggettanti. Sopra il portale al centro campeggia lo stemma di Papa Clemente XIV, vadese, pontefice dal 1769 al 1774.

Nel 1639 la Pieve venne consacrata Cattedrale dal Papa Urbano VIII che elevò S. Angelo in Vado al grado di Città e Diocesi. La chiesa, ad una sola navata, venne fortemente manomessa a partire dal 1728 e i lavori furono portati avanti con i beni del Seminario e i contributi delle Confraternite e dei fedeli.

La nuova cattedrale venne consacrata nel 1770 e si presenta ora a tre navate con due cappelle laterali, l'una dedicata alla Madonna del Pianto e l'altra pertinente alla Confraternita degli Ortolani.sono presenti quadri di Francesco Mancini e dello Schiroli, dipinti attribuiti a Gentile da Fabriano (sec. XIV), Claudio Ridolfi (1570-1644) e Guido Reni (1575-1642); nella cappella della "Madonna del Pianto" (1855) si trovano opere dell'artigianato artistico vadese: coro ligneo (Benedetto Boccioni) e cancellata in ferro battuto (Gaspare Dindi).