Il Tempio Malatestiano, usualmente indicato dai cittadini come il Duomo e dal 1809 divenuta cattedrale col titolo di Santa Colomba. Rinnovato completamente sotto la signoria di Sigismondo Pandolfo Malatesta, con il contributo di artisti come Leon Battista Alberti, Matteo de' Pasti, Agostino di Duccio e Piero della Francesca, è, sebbene incompleto, l'opera chiave del Rinascimento riminese ed una delle architetture più significative del Quattrocento italiano in generale.

L'interno è formato da una sola grande navata con ampie arcate a sesto acuto, sui lati si aprono profonde cappelle chiuse da transenne in marmo riccamente decorate. Entrando nel tempio a destra dell'ingresso si può contemplare il sepolcro di Sigismondo Malatesta realizzato da Piero della Francesca (1451).

Nella prima cappella a destra spiccano gli angeli reggi cortina di Agostino di Duccio mentre nell'attigua Cella delle Reliquie è custodito un capolavoro di Piero della Francesca: Sigismondo Malatesta inginocchiato davanti a san Sigismondo, suo santo patrono, raffigurato sotto le sembianze dell'imperatore Sigismondo d'Ungheria. Fu quest'ultimo di ritorno da Roma dove era stato incoronato dal papa Imperatore del Sacro romano impero a nominarlo cavaliere. Il Malatesta è accompagnato dai propri levrieri e attraverso una finestra circolare è mostrato Castel Sismondo. L'affresco datato 1451 era collocato originariamente all'interno della sagrestia di destra.

Nella Cappella di San Michele Arcangelo si trova un crocefisso su tavola di Giotto (1312), resto della preesistente chiesa trecentesca. Nella Cappella dei Giochi infantili vi sono dei deliziosi bassorilievi con angeli e putti mentre nella cappella della Madonna dell'Acqua si trovano dei pregiati pilastri che rappresentano profeti e sibille. Sul lato sinistro del tempio è stata realizzata l'arca degli Antenati e dei Discendenti con i bassorilievi di Agostino di Duccio con Minerva tra una schiera di eroi e il Trionfo di Scipione l'Africano. Un dipinto del Vasari rappresentante San Francesco che riceve le stimmate è collocato sopra l'altare del presbiterio.