Кафедральный собор, посвященный Вознесению Богоматери, вписан в главную площадь города, напоминающую театральные декорации.
Собор был построен по проекту Бернардо Росселлино в 1459-1462 годах на месте старой приходской церкви 12 века. Заказчиком нового собора, как и всех остальных ренессансных зданий города, был папа Пий II, принадлежавший к знатному роду Пикколомини, задумавший превратить свой родной городок Корсиньяно (старое название Пиенцы) в идеальный ренессансный город.
Фасад из травертина тоже был спроектирован Росселлино, на которого, несомненно, оказал влияние его учитель Леон Баттиста Альберти. Вертикальное членение фасада пилястрами, фланкированными двумя ярусами колонн, соответствует внутреннему делению на три нефа. Карниз делит фасад на два яруса: в нижнем открываются три портала, в верхнем – три арки. В боковых арках устроены классические ниши, в центральной - роза. Завершается фасад треугольным фронтоном, в центре которого в окружении гирлянды из фруктов помещен герб Пикколомини.
Боковые фасады и апсиду прорезают высокие готические окна, благодаря которым в соборе всегда много света. Изящная восьмигранная колокольня, расположенная с левой стороны от церкви над старой криптой, устремлена ввысь своим шатровым завершением. Колокольня сильно пострадала от землетрясения 1545 года, и была восстановлена лишь в 1570 году.
Интерьер собора с тремя нефами одинаковой высоты напоминает немецкие и австрийские зальные церкви, которыми восхищался Пий II во время своих многочисленных поездок по Европе. Готические мотивы проявляются и в удлиненных стройных пучках колонн, разделяющих нефы, на которых покоятся крестовые своды.
Интерьер собора украшают работы виднейших сиенских художников того времени, выполненные специально для Дуомо в 1461-1463 годах. Они расположены в следующем порядке (начиная от входа с правого нефа): «Мадонна с младенцем со святыми Антонием Великим, Бернардином, Франциском и Сабиной» Джованни ди Паоло, «Мадонна с младенцем на троне со святыми Варфоломеем, Екатериной, Луцией и Матфеем» Маттео ди Джованни, «Вознесение Богоматери со святыми Агатой, Каллистом, Екатериной и Пием» Веккьетты, «Мадонна с младенцем со святыми Анной, Филиппом, Иаковом и Марией Магдалиной» Сано ди Пьетро и «Мадонна с младенцем на троне со святыми Августином, Иеронимом, Мартином и Николаем». Мраморный алтарь в апсиде был создан самим Бернардо Росселлино.
В крипте хранятся фрагменты скульптур, украшавших стоявшую здесь ранее романскую церковь Богоматери, а также купель работы мастерской Росселлино.
