La façade saillante de la cathédrale S. Zeno est serrée entre la masse imposante du clocher à gauche et le complexe de l'ancien palais des évêques à droite. Il semble presque que, ne pouvant pas s'élargir, il ait décidé de s'avancer sur la Piazza Duomo avec son élégant portique, six arcades zébrées par l'alternance de pierre calcaire et de serpentine. L'installation est clairement romane : l'église, d'origine très ancienne, a en effet été reconstruite au XIIe siècle , le portique et les loggias de la façade sont quant à eux du XIVe-XVe siècle, et ont été complétés en 1505 par Andrea Della Robbia avec l'archivolte et la lunette du portail central.

L'église, à l'origine dédiée à saint Martin, changea d'identité à l'époque lombarde, période à laquelle remonte probablement la base du clocher. À la dévotion pour saint Zénon s'ajouta ensuite celle pour saint Jacques le Majeur Apôtre, vénéré ici sous le nom de saint Jacopo : la cathédrale en conserve une relique, arrivée dans la ville vers 1145 en provenance de Saint-Jacques-de-Compostelle. Les deux patrons sont représentés dans les statues qui se dressent sur la partie supérieure de la façade. L'intérieur de la cathédrale, divisé en trois nefs, présente une splendide tribune baroque et des fresques du début du XVIIe siècle de Passignano et de Pietro Sorri. Les œuvres d'art les plus illustres sont cependant le Crucifix en bois façonné et peint à la détrempe, œuvre de 1274 de Coppo di Marcovaldo et de son fils Salerno, et le grand autel de S. Jacopo, œuvre en feuille d'argent historiée en relief, réalisée en différentes phases entre la fin du XIIIe siècle et le milieu du XVe siècle.