La cathédrale de Sienne a deux façades. L'une est tournée vers la place du Dôme, une explosion vertigineuse de décorations, de mosaïques et de sculptures. La seconde est celle de la cathédrale jamais construite, isolée du reste du bâtiment, sur la Piazza Jacopo della Quercia : surnommée la « facciatone », c'est ce qui reste du projet du XIVe siècle visant à utiliser la cathédrale actuelle comme transept pour une nouvelle cathédrale beaucoup plus grande. La peste noire et le déclin de la République de Sienne ont contraint les ouvriers à abandonner le chantier et aujourd'hui, la « facciatone » est un balcon insolite sur lequel vous pouvez monter pour admirer et presque toucher du doigt la Torre del Mangia d'un côté et le clocher blanc et vert de la cathédrale de l'autre.
Parmi les plus grands exemples d'architecture romane-gothique en Italie, la cathédrale de Sienne reproduit également à l'intérieur la décoration en marbre blanc et vert ornée d'une quantité de chefs-d'œuvre impossibles à énumérer. Tout d'abord, le pavement divisé en 56 panneaux avec des scènes sacrées et profanes, qui n'est découvert et montré qu'à des occasions spéciales, est exceptionnel. Parmi les artistes qui ont contribué à la décoration de l'église figurent Gian Lorenzo Bernini, Baldassarre Peruzzi, Nicola Pisano, Donatello et Pinturicchio.
À l'arrière de la cathédrale, sur la Piazza S. Giovanni, se dresse une troisième façade : il s'agit de l'entrée du baptistère qui abrite à l'intérieur des fonts baptismaux, chef-d'œuvre de la sculpture de la Renaissance, encadré par un magnifique cycle de fresques. D'autres cycles importants de fresques décorent deux autres salles du complexe monumental de la cathédrale : la crypte et la bibliothèque Piccolomini, érigée pour abriter la bibliothèque du pape Pie II.