A riqueza da fachada, o ímpeto dos pináculos, o ouro do fundo dos mosaicos, a rosácea e a partitura em faixas da nave, fazem da Catedral de Orvieto uma obra-prima do estilo românico-gótico.

O encanto da Catedral nasce da história secular da sua construção e dos vestígios deixados pelos importantes trabalhadores que aí trabalharam, preservando o seu estilo uniforme e as suas linhas harmoniosas e equilibradas.

A 14 de novembro de 1290, o Papa Nicolau IV lançou a primeira pedra, num período de grande vivacidade económica e social e de impulso espiritual exaltado pelo Milagre de Bolsena: em 1263, um padre boémio, Pedro de Praga, duvidando da presença do corpo de Cristo na hóstia consagrada, enquanto celebrava a missa na igreja de Santa Cristina em Bolsena, viu gotas de sangue a descerem da hóstia e a molhar o Corporal. O Linho Sagrado, a mando do Papa, foi levado para Orvieto e exposto ao povo. Pouco depois, decidiu-se construir a Catedral para mostrar o Corporal milagroso. O projeto original é atribuído ora a Arnolfo di Cambio, ora a Frei Bevignate de Perúgia, certamente, a partir de 1310, a direção das obras passou para Lorenzo Maitani, cuja intervenção caracterizou a estrutura de forma decisiva.

A obra só foi concluída no final do século XVI, com a construção das torres laterais por Ippolito Scalza.

Ao entrar na catedral, o impacto é de grande efeito, também graças à bicromia do mármore, que sublinha as massas das paredes e das colunas. O espaço é solene, marcado pelos altos pilares que se sucedem, criando um jogo de perspetiva excecional. As numerosas pinturas e esculturas ao longo das paredes e nas capelas fazem do interior um tesouro de arte.

A catedral tem uma planta basilical de três naves, aberta por dez capelas. As suas paredes foram pintadas com frescos pelo pintor Luca Signorelli, que substituiu Beato Angelico depois de este ter interrompido o trabalho. Os frescos das paredes e abóbadas têm como tema central o Juízo Final, em torno dele giram todos os episódios e personagens ligados à representação.