Twórcy Katedry w Sienie planowali, aby powstała największa chrześcijańska świątynia na świecie.

Katedrę w Sienie zbudowano w latach 1215-1264 na miejscu wcześniejszej świątyni, o której niewiele wiadomo. Przy jej wznoszeniu zaangażowano najlepszych architektów i artystów. Budowla ma formę krzyża łacińskiego z lekko wystającym transeptem, sześciokątną kopułą i dzwonnicą. Nawę główną od dwóch naw bocznych oddzielają półkoliste łuki. Zewnętrzne i wewnętrzne ściany wykonano z białego i czarnego marmuru układanego na przemian, co tworzy charakterystyczne paski. Do budowy parawanowej, trójosiowej fasady użyto dodatkowo marmuru czerwonego. Fasada jest bogato zdobiona. Oryginały rzeźb znajdują się w muzeum katedralnym, a w ich miejsce ustawiono kopie. Trzy duże mozaiki na szczycie fasady pochodzą z 1878 r. Okrągły witraż fasady powstał w 1549 r. Środkowe drzwi z brązu powstały w 1958 r. Przedstawiono na nich Gloryfikację NMP. W 1339 r. rozpoczęto budowę nowej nawy. Istniejący kościół romański planowano przekształcić w transept. Budowę przerwano w 1348 r. z powodu epidemio dżumy. Nie została wznowiona z przyczyn politycznych oraz błędów w budowie. Gdyby rozbudowę zrealizowano, powstałaby największa chrześcijańska świątynia ówczesnego świata. W nieukończonych murach nowej nawy mieści się muzeum katedralne, a fasada stanowi taras widokowy.

Niedokończona budowla jest świadectwem potęgi i ambicji Sieny oraz dokonań artystycznych.
Pomalowane na niebiesko sklepienie katedry ozdobiono, w końcu XV w., złotymi gwiazdami. Obramowanie wokół nawy głównej i prezbiterium stanowią 172 popiersia papieży, od Piotra po Lucjusza III. Poniżej umieszczono 36 popiersi cesarzy rzymskich i bizantyjskich, od Konstantyna do Teodozjusza. Okrągłe okno prezbiterium pochodzi z 1288 r. Jest jednym z najwcześniejszych przykładów włoskich witraży. Kolumnadę bębna kopuły, z 1481 r., zdobią obrazy i rzeźby 42 patriarchów i proroków. Stiukowe posągi pod sklepieniem wyrzeźbiono w 1490 r. Marmurowy ołtarz wybudowano w 1532 r. Ogromne brązowe tabernakulum pochodzi z lat 1467-1472. Osiem świeczników – aniołów powstało w latach 1548 – 1550. Piękne drewniane stalle w prezbiterium wyrzeźbiono pomiędzy 1363-1397 i rozbudowano w XVI w. Arcydziełem rzeźbiarskim jest ośmiokątna ambona z marmuru karraryjskiego powstała między 1265 a 1268 r. W tej samej nawie katedry znajduje się brązowa rzeźba Jana Chrzciciela z 1457 r. Wyjątkowym dziełem są marmurowe mozaiki podłogowe obejmujące całe piętro katedry. Tworzyło je około 40 artystów od XIV do XVI w. Podłoga składa się z 56 paneli o różnych rozmiarach i kształtach, wykonanych różnorodnymi technikami. Wybitnymi dziełami sztuki są też nagrobki osób pogrzebanych w katedrze. W ołtarzu Piccolomini znajdują się cztery rzeźby wykonane przez młodego Michała Anioła w latach 1501 – 1504. W małej kaplicy Chigi czczona jest cudowna figura Madonna del Voto. Znajduje się tu 8 marmurowych kolumn z Pałacu Laterańskiego w Rzymie. Obok katedry znajduje się biblioteka Piccolomini Utworzył ją w 1492 r. arcybiskup Sieny, kardynał Francesco Piccolomini Todeschini, przyszły papież Pius III, dla cennego księgozbioru swego wuja, kardynała Enea Silvio Piccolomini, wybranego na papieża Piusa II. W jej wystroju zachwycają przede wszystkim malowidła ścienne. Ustawiono tu też posąg Trzy Gracje, starożytną rzymską kopię greckiego oryginału. W pomieszczeniu baptysterium, ukończonym około 1325 r., znajduje się sześciokątna, bogato rzeźbiona chrzcielnica.

Kolory czarny i biały są symbolami Sieny. Wywodzi się to z legendy o założycielach miasta, Seniusie i Aschiusie, którzy dosiadali czarno-białych koni.
W latach 1999-2003 pod prezbiterium katedry odkryto freski powstałe prawdopodobnie około 1280 r. Obok fasady ustawiono kolumnę z rzeźbą wilczycy karmiącej Romulusa i Remusa. Według legendy, Senius i Aschius, synowie Remusa, założyciele Sieny, ukradli ten posąg ze świątyni Apollina w Rzymie.
Zabytkowe centrum Sieny w 1995 r. wpisano na listę światowego dziedzictwa UNESCO.