Кафедральный собор Орвието, настоящий шедевр итальянской средневековой архитектуры и доминанта городского ансамбля, располагается в южной части города, на просторной главной Соборной площади (piazza del Duomo).
Первоначальный собор в Орвието, посвящённый Богоматери и служивший резиденцией епископа, к 12 веку оказался в плачевном состоянии, крыша его протекала, между мраморных плит пола проросла трава, и наиболее торжественные службы вынуждено проводились в других храмах города. В то же самое время, в 12 веке Орвието переживает экономический, культурный и религиозный расцвет, и необходимость в новом более просторном и представительном соборе становится очевидной. Жители города во главе с епископом Франческо Мональдески, обратились с просьбой к папе разрешить возведение нового городского собора.
В 1290 году при покровительстве папы Николая IV началось строительство собора, который должен был увековечить память о произошедшем чуде, а также стать местом хранения священной реликвии – покрова с каплями крови из Больсена, помещённого в драгоценный реликварий. Возведение церкви продолжалось фактически в течение целого столетия, и в нём принимали участие прославленные архитекторы, скульпторы и живописцы Италии этого времени. Проект собора был создан архитектором Арнольфо ди Камбио, руководство работами по строительству основной части базилики было поручено фра Бевиньяте из Перуджи. В 1310 году главным архитектором собора стал сиенец Лоренцо Маитани, который возвёл перед собором роскошный главный фасад в готическом стиле, украшенный мозаичными композициями и редкой для Италии готической скульптурой. После его смерти над завершением здания работали такие прославленные итальянские мастера как Андреа Пизано, Андреа Орканья, Микеле Санмикели, Антонио да Сангало Младший, завершивший строительство в 1532 году.
Главный фасад собора представляет собой сложную композицию, построенную по принципу готического триптиха. Центральная часть фасада немного шире и выше боковых и отделяется от них узкими, устремлёнными вверх башенками – табернаклями. Табернакли более сложной конструкции, завершающиеся невысокими шпилями, обрамляют главный фасад по сторонам, внося в его композицию цельность и завершённость. Все три части западного фасада венчаются треугольными щипцами, рисунок которых усложняется рядом декоративных элементов - трилистников, проходящих по их краю. Тройной ритм щипцов повторяется в трёх фронтонах, расположенных над каждым из порталов. Обилие активных вертикальных устремлённых вверх линий уравновешивается широким горизонтальным фризом из арочек на спаренных колонках, характерным для готической итальянской архитектуры.
В центре западного фасада располагается огромный главный портал, фланкированный сложными по рисунку витыми декоративными колонками, на которые опирается полукруглый тимпан, украшенный тонкой резьбой. Тимпаны над боковыми порталами имеют стрельчатый рисунок и такое же роскошное оформление. Прямоугольные пилястры между порталами украшены барельефными композициями тонкой изысканной резьбы. На первой пилястре помещены сцены из книги Бытия, располагающиеся как бы на ветвях дерева и читающиеся снизу вверх и слева направо. Здесь рассказывается история первых шести дней Творения, жизни Адама и Евы в Раю, грехопадения и изгнания из Рая, вплоть до первого братоубийства и проклятия рода Каина, который считался изобретателем искусств и наук.
На второй пилястре помещено изображение так называемого «Древа Иессея», представляющее собой родословие Иисуса Христа. В медальонах на ветвях дерева изображены античные философы, которым приписывались мессианские пророчества, затем царь Давид и весь его род, из которого произошёл Спаситель.
Третья пилястра посвящена истории Нового Завета и вмещает сцены от «Благовещения» до «Явления Христа Жёнам Мироносицам». Четвёртую пилястру занимает сцена апокалипсического видения и Страшного суда, включающая изображения воскресения мёртвых, апостольского трибунала, наказания грешников и шествия праведных в Рай. Существует мнение, что рельефы первой и последней пилястр были выполнены главным архитектором фасада Лоренцо Маитани, который, по легенде, изобразил себя и своих помощников среди праведников в сцене Страшного суда, посчитав, что своим трудом и мастерством они заслужили спасение и вечную жизнь.
Над главным порталом собора располагается круглое окно-роза, традиционное для готической архитектуры, выполненное под руководством Андреа Орканья. В углах обрамления окна расположены мозаичные изображения четырёх отцов Церкви. По сторонам от окна-розы помещены двенадцать статуй пророков в стрельчатых нишах, исполненные в 14 веке в характерной готической манере. Над окном в двенадцати арочных нишах помещены статуи апостолов, созданные в 15 веке в классицизирующем стиле раннего Возрождения.
Особого внимания заслуживают мозаики фасада собора в Орвието, украшающие все свободные участки стен, плоскости тимпанов и щипцов. Использование техники мозаики в декорации собора представляет собой уникальный пример в итальянском искусстве этого времени. Эта дорогая и сложная техника, требующая ряда сопутствующих производств (например, изготовления кубиков цветного стекла – смальты) не получила широкого распространения в ренессансной Италии. Обращение мастеров к редкому мозаичному искусству свидетельствует об их стремлении создать особый драгоценный образ церкви, выделить её среди других больших городских соборов Италии и превратить в роскошный и прекрасный символ города Орвието.
Работа над мозаиками фасада длилась несколько веков, она была начата в 1321 году и закончена только в начале 16 века. Над созданием этого ансамбля работало множество мастеров, живописцев, мозаичистов, стекольщиков. Известно, что декорация городского собора способствовала развитию собственных производств стекла в Орвието.
Иконографическая программа мозаик сосредоточена вокруг образа Богоматери, рассказывает её историю от рождества Марии до её Успения (Вознесения). В центральном щипце располагается торжественная композиция «Коронование Марии в окружении ангелов», в левом щипце – сцена «Обручение Марии и Иосифа», в правом – «Введение Марии во храм». Во время празднования пятисотлетия собора в Орвието часть мозаичных композиций была снята со стен и передана папе Пию V. К сожалению, большинство снятых мозаик безвозвратно утеряно, за исключением композиции «Рождество Марии», в настоящее время хранящейся в Музее Виктории и Альберта в Лондоне.
Несмотря на отдельные утраты и реставрационные вставки, западный фасад собора в Орвието представляет собой уникальный ансамбль всех видов искусств, синтез которых создаёт роскошный насыщенный образ, превращая городской собор в драгоценный реликварий.
В плане собор в Орвието представляет собой трёхнефную базилику, без купола, с широким трансептом. Интерьер, первоначальная декорация которого была создана в 14 – 15 веках, претерпел некоторые изменения в последующие столетия. Просторный центральный неф, венчающийся деревянным балочным перекрытием, отделяется от боковых нефов аркадой на массивных высоких колоннах, сложенных из чередующихся по цвету тёмных и белых блоков камня. Полосатая кладка стен и опор из базальта и травертина создаёт особое декоративное впечатление, зрительно расширяя и объединяя пространство собора. Этот художественный приём, по всей видимости, заимствован из сиенской архитектуры.
В рукавах трансепта располагаются главные достопримечательности собора – капелла Тела Христова и капелла святого Брикция, епископа Турского.
Стены капеллы Тела Христова украшены фресками, исполненными в 60 – 70-е годы 14 века тремя местными мастерами, среди которых важнейшую роль играл Уголино ди Прете Иларио. Иконографическая программа росписей посвящена евхаристическому чуду в Больсене и теме символического пресуществления в Святых Дарах истинного Тела и Крови Христовой. Она дополняется также сценами Страстей и Тайной вечери, во время которой произошло установление таинства Евхаристии. Здесь же располагается полотно с изображением Мадонны Милосердия. Капелла Тела Христова является местом хранения главной святыни собора – покрова с каплями крови из Больсены, который помещён в драгоценный реликварий, исполненный в 1337 – 1338 годах. Внешний облик реликвария повторяет трёхчастную композицию главного фасада кафедрального собора Орвието, он оформлен в том же изысканном готическом стиле. Стенки реликвария украшают сцены из жизни Христа и изображение Чуда в Больсене, исполненные в мозаичной технике из полупрозрачной смальты.
После окончания декорации капеллы Тела Христова те же мастера расписали кафедру Великой капеллы, небольшого кубического пространства в трансепте собора. На стенах кафедры располагаются фрески, посвящённые сюжетам из жизни Марии и завершающиеся сценой «Коронация Марии на небесах». Это самый подробный богородичный цикл среди сохранившихся итальянских произведений 14 века. В помещении кафедры располагается ещё одна любопытная достопримечательность собора Орвието – резной деревянный хор, состоящий из трёх рядов деревянных кресел. Он был создан в 14 – 15 веках, полностью реставрирован и реконструирован в 19 столетии. Декорация хора состоит из готических и ренессансных элементов, включает тонкие инкрустации из разных пород дерева на библейские темы.
Настоящей жемчужиной собора в Орвието и знаменитым шедевром живописи итальянского Возрождения является роспись капеллы святого Брикция. Она была создана в 1447 году великими художниками раннего Ренессанса фра Беато Анджелико и Беноццо Гоццоли. Фрески капеллы, посвященные теме Апокалипсиса и Страшного Суда, опираются не только на Библейские источники, но и на «Божественную комедию» Данте и «Золотую Легенду» Иакова Ворагинского. Кисти фра Анджелико приписывается изображение Христа Судии и пророков на своде, некоторые растительные и цветочные орнаменты. Декорация капеллы была завершена в 1504 году прославленным живописцем Лукой Синьорелли, написавшем грандиозные драматические сцены на тему «Прихода антихриста», «Конца мира» и «Воскресения мёртвых во плоти».
Иконографическая программа капеллы завершается фризом, посвящённым великим поэтам древности, от античности до Данте. Здесь представлены портреты литераторов, окружённые сценами и героями их произведений, написанными в монохромной манере. Алтарь капеллы был исполнен в 17 веке в стиле позднего барокко.
В настоящее время собор в Орвието является важнейшим духовным центром города. Кроме того, неподалеку от собора, в папских дворцах, открыт музей, в котором собраны материалы, посвящённые истории строительства и декорации здания, а также произведения искусства, ранее находившиеся в соборе.