Chiesa matrice di Fabriano, ampliata nella seconda metà del XIV secolo, fu ricostruita dall'architetto urbinate Muzio Oddi tra il 1607 e il 1617. A questa fase risale la pregevole decorazione interna con stucchi del ticinese Francesco Selva. Della fabbrica trecentesca la Cattedrale conserva l'abside poligonale, il chiostro e la cappella di San Lorenzo affrescata da Allegretto Nuzi (1360 circa). Altri affreschi di scuola fabrianese del XIV e XV secolo sono visibili in altri ambienti della chiesa: importanti sono i resti delle Storie della Croce del folignate Giovanni di Corraduccio (1415-1416).

La Cattedrale è un importante museo di dipinti manieristi e barocchi. Tra le opere più importanti ricordiamo le tele di Gregorio Preti, Salvator Rosa, Giovanni Francesco Guerrieri, Giuseppe Puglia e altri. Il celebre pittore caravaggesco Orazio Gentileschi è l'autore delle preziose Storie della Passione e della mirabile Crocifissione su tela (1620 ca).