Die Kathedrale entwickelt sich tatsächlich aus den Strukturen eines Privathauses (1. Jh. v. Chr.), das im 3. Jh. in eine Domus ecclesiae umgewandelt wurde, auf dem später eine frühchristliche Basilika errichtet wurde, die in karolingischer Zeit erweitert und im 12. Jahrhundert wahrscheinlich nach dem verheerenden Erdbeben von 1117 wieder aufgebaut wurde.
Im Inneren präsentiert sich die Kirche mit einem einschiffigen Raum, unterteilt in fünf Joche mit Kreuzgewölben auf polystilen Pfeilern, die an den Wänden angebracht sind, an denen die Kapellen geöffnet sind, die zwischen dem 14. und 16. Jahrhundert entstanden, dank testamentarischer Vermächtnisse der edlen Familien von Vicenza oder auch durch die Initiative einiger Bruderschaften.
Im Hintergrund fügt sich die polygonale Hauptkapelle an die Krypta an und endet mit der Kuppel von 1574, die von dem berühmten Andrea Palladio entworfen wurde. Der Presbyteriumbereich beherbergt in der Mitte den äußerst wertvollen Altar Dall'Acqua, der aus mehrfarbigem Marmor gefertigt ist, während sich an den Wänden das prächtige Paramento Civran entfaltet, das in den Jahren 1675-1682 erstellt wurde und mit zwölf großen Gemälden von einigen der Hauptakteure der „Dunkelheit“-Bewegung dekoriert ist. In den Seitenkapellen, von besonderer Bedeutung, das Polyptichon mit Dormitio Virginis von Lorenzo Veneziano aus dem Jahr 1366, die Kapelle von Santa Caterina mit dem Gemälde von Bartolomeo Montagna Madonna mit dem Kind auf dem Thron zwischen den Heiligen Magdalena und Lucia, das steinerne Antependium von Antonino da Venezia mit der Krönung der Jungfrau (1448) und die Kapelle des Heiligen Sakraments mit dem Zyklus der Passion (1587-1589) von Alessandro Maganza.