La richesse de la façade, l'élan des flèches, l'or du fond des mosaïques, la rosace et la partition en bande de la nef font de la cathédrale d'Orvieto un chef-d'œuvre du style roman-gothique.

Le charme de la cathédrale provient de l'histoire séculaire de sa construction et des traces laissées par les importants ouvriers qui y ont travaillé, tout en conservant un style uniforme et des lignes harmonieuses et équilibrées.

Le 14 novembre 1290, le pape Nicolas IV posa la première pierre, à une époque de grande vivacité économique et sociale et d'élan spirituel exalté par le miracle de Bolsena: en 1263, un prêtre bohème, Pietro da Praga, doutant de la présence du corps du Christ dans l'hostie consacrée, alors qu'il célébrait la messe dans l'église Santa Cristina à Bolsena, vit des gouttes de sang descendre de l'hostie et mouiller le corporal. Le Sacro Lino, à la demande du pape, fut amené à Orvieto et exposé au peuple. Peu de temps après, il fut décidé de construire la cathédrale pour montrer le Corporal miraculeux. Le projet original est attribué tantôt à Arnolfo di Cambio, tantôt au frère Bevignate de Pérouse , il est certain qu'à partir de 1310, la direction des travaux passa à Lorenzo Maitani, dont l'intervention caractérisa la structure de manière décisive.

L'œuvre ne fut achevée qu'à la fin du XVIe siècle, avec la réalisation des flèches latérales par Ippolito Scalza.

En entrant dans la cathédrale, l'impact est impressionnant, notamment grâce à la bichromie du marbre, qui souligne les masses des murs et des colonnes. L'espace est solennel, rythmé par les hauts piliers qui se succèdent, créant un jeu de perspective exceptionnel. Les nombreuses peintures et sculptures le long des murs et dans les chapelles font de l'intérieur un véritable écrin d'art.

La cathédrale a un plan basilical à trois nefs, ouvert par dix chapelles. Ses murs ont été peints par le peintre Luca Signorelli, qui a succédé au Beato Angelico après que celui-ci eut interrompu les travaux. Les fresques des murs et des voûtes ont pour thème central le Jugement dernier , autour de celui-ci tournent tous les épisodes et les personnages liés à la représentation.