La cattedrale si può far risalire al secolo XI, ma con completamenti che arrivano fino all’età gotica. Sicuramente fu costruita sopra una chiesa preesistente, della quale si conserva la cripta e il portale.
ESTERNO: Il prospetto posteriore è dominato dall'unica abside orientata ad est, con un tiburio ottagonale impostato su una base quadrata. Sulla muratura in tufo risaltano gli inserti in marmo bianco, che costituisce anche le sottili lesene che scandiscono il cilindro.
La monofora centrale ha una strombatura sottolineata da un elemento toroidale. Nella parte inferiore sono riutilizzate due mensole a protomi umane di gusto altomedievale.
L’abside è coronato da una fascia in leggero aggetto. Mensole marmoree ne delimitano la sporgenza; ovunque sono inseriti elementi scultorei altomedievali.
Alla base dell'abside si trova uno zoccolo nel quale si aprono le finestre della cripta.
Il fianco destro si caratterizza per i contrafforti eretti nel tempo per motivi statici. Alcune finestre ed un ricco portale, forse in origine posto in facciata, ne costituiscono le aperture. Molto interessanti sono le finestre per l'ampio archivolto bicromo e per le colonnine marmoree laterali.
Il Portale in travertino intarsiato, composto da formelle e parti recuperate dalla precedente chiesa cattedrale, forse del secolo VIII. Si ritrovano figure di combattenti, figure geometriche di fattura celtica, forme fillomorfe e zoomorfe, animali mitologici e colonne tortili.
La facciata originaria è stata nascosta da edifici di abitazione costruiti nel corso del XIV secolo o forse questa cattedrale non l’ha mai avuta.
Oltre all’episcopio, è visibile il campanile a pianta ottagonale, poi elevato a forma quadrangolare. Accoglie tre campane, fuse rispettivamente nel 1333, nel 1516 e nel 1548, rispettivamente al tempo del conte Noccolò I Orsini, del vescovo Lattanzio Petrucci e del vescovo Carvajal Simoncelli della Repubblica Senese.
INTERNO: ricopre una superficie di circa 630 metri quadrati ed è a tre navate su pilastri polistili a fascio. Mostra un impianto semplice e austero, le due navate laterali sono di due epoche: quella di sinistra è romanica, mentre quella di destra è stata rimaneggiata in epoca gotica.
La copertura, originariamente lignea a capriate, è stata sostituita da volte costolonate nel XIII secolo.
Gli archi longitudinali a doppia ghiera, presentano un profilo ogivale che viene ripreso dai coevi archi della copertura delle navatelle e dai più tardi archi delle volte della navata centrale. Elemento distintivo è il paramento bicromo dei pilastri.
I capitelli che sormontano le colonne sono di struttura, dimensione, foggia ed epoca diverse e vanno a conferire all’edificio sacro grande pregio ed eleganza.
OPERE: Le decorazioni in basso e altorilievo dei capitelli raffigurano figure fillomorfe, zoomorfe, geometriche. In particolare il secondo capitello di sinistra, di fattura longobarda, riproduce in modo raffinato e unico alcune scene bibliche, tra le quali la cacciata dal paradiso terrestre, Abramo con Sara, Agar, Isacco e Ismaele, Daniele nella fossa dei leoni e figure penitenti. L'acquasantiera è di epoca rinascimentale.
Il fonte battesimale di forma ottagonale risale al 1434 ed è posizionato all'inizio della navata centrale. Sopra un affresco staccato raffigurante la Santissima Trinità del secolo XVI. A destra una finta monofora, che si illumina con i raggi del sole ad ogni alba del solstizio d’estate.
Nella navata di destra è posizionata l’urna di San Mamiliano del secolo XV, che ha evangelizzato questa area. Di notevole fattura il dipinto a metà navata della Vergine Maria in gloria tra San Benedetto e San Giovanni Gualberto, opera del Cinqucento attribuita a Andrea del Sarto. Nei transetti sono posizionate le tele del Martirio di San Pietro a destra e della Madonna del Rosario a sinistra, mentre nella zona presbiterale sono visibili resti di affreschi.
Il presbiterio accoglie un altare moderno rivolto al popolo. Originariamente ospitava il ciborio a tempietto, trasferito qualche secolo fa nella vicina chiesa di Santa Maria in piazza del Pretorio.
La cripta è parte della precedente chiesa, probabilmente risalente a qualche secolo prima. Oggi ospita le spoglie di San Mamiliano vescovo di Palermo, traslate qui dopo il suo eremitaggio sull'isola di Montecristo.
