El Duomo de Siena, dedicada a Santa María Assunta, es una de las obras maestras de la arquitectura gótica más logradas de Italia. Fue construido entre 1215 y 1382. En el lugar de la actual catedral había una iglesia del siglo IX, construida sobre las ruinas de un templo dedicado a Minerva. En 1058 se celebró un sínodo en esta iglesia que llevó a la elección del Papa Nicolás II y a la deposición del antipapa Benedicto X.

El edificio tiene una planta de cruz latina con tres naves y fue cubierto por todo alrededor con bandas de mármol blanco y verde oscuro para simbolizar el escudo heráldico de Siena.
En los años entre 1284 y 1296, probablemente diseñado por Giovanni Pisano, se construyó la parte inferior de la fachada.

Los tres portales coronados por lunetas y frontones góticos fueron diseñados por Giovanni Pisano. Las columnas entre los portales están ricamente decoradas con hojas de acanto, figuras alegóricas y escenas bíblicas.

La construcción de la parte superior de la fachada comenzó en 1376 bajo la dirección de Giovanni di Cecco, que trabajó en un nuevo y elaborado proyecto, inspirado en la catedral de Orvieto.

La fachada se construyó más alta de lo esperado, porque la nave había sufrido una nueva elevación. La división de la fachada superior no correspondía a la división de la fachada inferior. Los pináculos de la parte superior no continúan por encima de las columnas que flanquean el portal central. El peso de las elegantes torres laterales se redujo al abrir las ventanas.

Las estatuas de la fachada fueron esculpidas por Giovanni Pisano y sus ayudantes. Representan a profetas, filósofos y apóstoles. Las estatuas de los patriarcas en los nichos alrededor del rosetón fueron hechas por otros escultores.

Casi todas las esculturas que se pueden ver en la fachada son copias: los originales se guardan en la "Cripta de las Estatuas" en el Museo dell'Opera del Duomo.

Cerca de la fachada hay una columna con la loba capitolina amamantando a Rómulo y Remo, el símbolo de Siena.

Según la leyenda, Senio y Aschio eran los hijos de Remus y fundaron Siena. Fueron ellos los que robaron la estatua de la loba del Templo de Apolo en Roma.

El interior del Duomo tiene un efecto pictórico de las bandas de mármol blanco y negro en las paredes y columnas que llama la atención. El techo abovedado está pintado de azul con estrellas doradas.

El rosetón del coro data de 1288 y fue hecho siguiendo los dibujos de Duccio di Buoninsegna, es uno de los más antiguos vitrales italianos. El rosetón de la fachada data de 1549 y representa la Última Cena.

El altar mayor de mármol del presbiterio fue construido en 1532 por Baldassarre Peruzzi.
El enorme copón de bronce fue construido alrededor de 1470 para el hospital de Santa María de la Scala, y más tarde fue transferido al Duomo en 1506.

Nicola Pisano construyó el magnífico púlpito de mármol de Carrara entre 1265 y 1268, con la participación de su hijo Giovanni y sus ayudantes, entre ellos Arnolfo di Cambio. El púlpito es una expresión del estilo gótico nórdico adoptado por Pisano, y al mismo tiempo muestra influencias clásicas. Es la obra más antigua de la catedral. Nicola Pisano recibió el encargo del púlpito siguiendo la fama obtenida por el púlpito de la catedral de Pisa. La obra creada para la catedral de Siena es aún más ambiciosa y es su obra maestra.

El mensaje figurativo del púlpito se refiere a la doctrina de la Salvación y el Juicio Final. La forma es octogonal, con nueve columnas de granito, pórfido y mármol verde. Cuatro columnas descansan sobre una base, dos están sostenidas por leones y dos por leonas, mientras que la columna central descansa sobre pequeñas estatuas que representan las Siete Artes Liberales y la Filosofía.

Los arcos trilobulados entre las ocho columnas están separados por pequeñas estatuas que representan las Virtudes Cristianas. En el espacio entre los trilobios y las estatuas, Pisano ha incluido estatuillas de los Evangelistas y Profetas anunciando la salvación de la humanidad.

Los siete descendientes del púlpito profundizan aún más en el tema de la salvación. Narraron escenas de la vida de Cristo. La superficie esculpida está animada y enriquecida por fuertes efectos claroscuros.

Los personajes expresan sus emociones de forma realista, con una fuerte tensión dramática. Las figuras ocupan los paneles completamente y no hay prácticamente ningún espacio vacío.

Las escenas representan: Visitación y Natividad, Viaje y Adoración de los Reyes Magos, Presentación en el Templo y Fuga a Egipto, Masacre de los Inocentes, Crucifixión, Juicio Final con los Salvados y Juicio Final con los Condenados.

El mosaico de mármol de la catedral de Siena es uno de los más ricos y ornamentados de Italia. Cubre todo el piso de la catedral. Se hizo entre los siglos XIV y XVI y unos cuarenta artistas contribuyeron a ella. Tiene 56 paneles de diferentes formas, la mayoría rectangulares, pero en el transepto hay paneles hexagonales o romboidales. Los paneles representan las Sibilas, escenas del Antiguo Testamento, Alegorías y Virtudes. La mayoría de los paneles se conservan en su estado original.

Las escenas más antiguas están hechas con una técnica de graffiti, haciendo agujeros muy pequeños y marcando líneas en el mármol y rellenándolas con betún o brea mineral. En los del período siguiente aparecen incrustaciones de mármol blanco, verde, rojo y azul. Esta técnica evoluciona en el a lo largo de los años y lleva, en los paneles más recientes, a vigorosos contrastes de luces y sombras, creando composiciones impresionistas con un sabor muy moderno.

Por obvias razones de conservación, el mosaico permanece cubierto durante la mayor parte del año y sólo unos pocos paneles permanecen visibles. Todo el piso está descubierto durante 6/10 semanas cada año. Normalmente este período incluye el mes de septiembre.

Las obras maestras más antiguas de la Catedral de Siena, como la Maestà di Duccio di Buoninsegna y la vidriera de Cimabue, se conservan actualmente en el Museo dell'Opera del Duomo.

Pero la catedral aún conserva extraordinarias obras que la convierten en un verdadero museo de la escultura italiana: entre ellas, el San Pedro esculpido por un joven Miguel Ángel, el Banquete de Herodes de Donatello y algunas obras de Bernini.

La librería Piccolomini es famosa por los frescos de Pinturicchio, probablemente basados en dibujos de Rafael. El impacto visual de estos frescos es sensacional, tan rico como en detalles y colores brillantes.

Cuentan la vida del más ilustre ciudadano sienés, el cardenal Enea Silvio Piccolomini. En 1492 encargó a la librería la conservación de libros y manuscritos de la colección de su tío, el cardenal Francesco Piccolomini Todeschini (que primero sería arzobispo de Siena y luego Papa, con el nombre de Pío III). El techo está cubierto con paneles pintados con temas mitológicos, ejecutados en 1502-03 por Pinturicchio y sus ayudantes.

En el centro de la biblioteca está la famosa estatua de las Tres Gracias, una copia romana de un original griego.