Il tempio attuale risale a un primo rifacimento del 1401, ma soprattutto alla riedificazione del 1696, voluta dal vescovo Carlo Labia, patrizio veneto e illustre letterato, e realizzata su disegno dell’architetto padovano Girolamo Frigimelica. La facciata è tuttora incompiuta, mentre la cupola, che all’esterno è fasciata da una struttura ottagonale, risale alla fine del Settecento ed è opera di Giuseppe Sabadini.

L'interno del duomo conserva pregevoli opere d'arte, soprattutto di tipo pittorico. Un frammento di un affresco del XV secolo, originariamente posto sulle pareti del battistero demolito, raffigura la Madonna delle Grazie ed è inserito in una tela di Giovanni Antonio Di Pieri lo "Zoppo", raffigurante San Michele, San Giovanni Evangelista, San Domenico, San Gaetano Thiene, San Giovanni Nepocumeno e San Tommaso apostolo. Un'altra tela del Cinquecento di pittore veneto anonimo, raffigura Sant'Anna, la Madonna e San Francesco Saverio.

Di alto livello artistico è la Vergine Maria che dà lo scapolare a San Simone Stock di Andrea Michieli detto il Vicentino e un Cristo risorto con San Bellino e Santo Stefano, datato 1625, dipinto da Jacopo Palma il Giovane, a cui si attribuisce anche una Vergine con il Bambino conservata in sacrestia.

Altra opera di pregio è il Santo Stefano che battezza Lucilla di Tommaso Sciacca e un crocifisso con i Santi Giovanni di Matha e Felice di Valois di Lorenzo Masucci, opera del 1772. Notevole anche lo spessore artistico del tabernacolo del 1718, dello scultore Andrea Corradini, con statuette di Cristo Risorto, la speranza e la fede e l'artistico candelabro in bronzo del Cinquecento di Desiderio da Firenze.

Due grandi tele, attribuite a Benvenuto Tisi da Garofalo, sono poste ai lati dell'abside e rappresentano San Paolo e San Pietro.