Здание было построено в виде греческого креста.Фасад собора, выполненный из серого мрамора мастером Райнальдо, состоит из четырёх галерей с колоннами, в углах которых расположены статуи четырёх евангелистов. Внутрь собора ведут двери 1602 года, выполненные в мастерской Джамболоньи.Интерьер собора был существенно изменён после пожара 1595 года. В настоящее время он отделан белым и чёрным мрамором. Потолок позолочен (на нём изображён герб Медичи), а купол покрыт фресками. Мозаика в апсиде, изображающая Христа с предстоящими Богородицей и Иоанном Богословом, уцелела во время пожара. Голова Христа была выполнена в 1302 году Чимабуэ, что стало последней работой умершего в том же году художника. Фреска купола, представляющая вознесение Богородицы, была выполнена Риминальди.Верхняя часть кафедры состоит из девяти новозаветных сцен (Благовещение, Избиение младенцев, Рождество, Поклонение волхвов, Бегство в Египет, Распятие, две панели Страшного суда), вырезанных из белого мрамора и разделённых фигурами пророков.