Affacciata sulla Piazzetta del Duomo, questa splendida Cattedrale à sicuramente uno degli esempi più belli di architettura romanico-gotica delle Marche. L’originaria struttura, edificata a cavallo tra XII e XIII sec., subì varie modifiche nel corso del tempo, senza mai perdere l’antica austerità, che si riflette ancora oggi nell’esterno (arricchito dal grande rosone e dai pregevoli portali in pietra) e nel maestoso  interno a tre navate. Degna di nota la cripta, costruita nel 1191 da Mastro Filippo, che custodisce i sarcofagi con le reliquie dei primi martiri e dei santi vescovi osimani. Adiacente alla Cattedrale, si trovano poi il Battistero, con il pregevole Fonte Battesimale in bronzo creato dai fratelli Jacometti nella prima metà del XVII sec. e il Museo Diocesano, che racchiude dipinti e sculture, paramenti sacri e reliquiari.