Situato presso il centro del castello, il Duomo cittadino fu progettato da Francesco Maria Preti a soli 23 anni, in sostituzione di una preesistente chiesa romanica. Aperto al culto incompleto nell’aprile 1746, la facciata fu aggiunta solo nel 1892-1893, su disegni del castellano ingegnere Pio Finazzi.
La chiesa non è solo l’opera prima del Preti, ma anche l’opera riassuntiva e più alta della sua vasta produzione progettuale, nella quale sono espresse tutte le sue teorie architettoniche, successivamente riprese in altre chiese della zona, nel Teatro Accademico di Castelfranco e nelle ville Pisani, a Stra, e Corner, a Cavasagra di Vedelago. Il Preti assume come modello di riferimento la palladiana chiesa del Redentore di Venezia e probabilmente anche la veneziana chiesa dei Gesuati. L’architetto applica la media armonica proporzionale, cosicché l’altezza dell’unica e luminosa navata è media armonica tra la sua lunghezza e larghezza. L’intero perimetro interno è cinto da un ordine architettonico ionico, ritmato da colonne binate su piedistalli.
Il Duomo conserva la Pala del Giorgione, ospitata nella Cappella Costanzo. Oltre alla Pala, sono ospitate numerose opere d’arte tra cui la pala del coro, con la Discesa di Cristo al Limbo di Giovanni Battista Ponchini, collaboratore del Veronese, e al lato destro, il Martirio di S. Sebastiano di Palma il Giovane; i seicenteschi affreschi strappati dalla chiesa del soppresso convento dei Riformati (in Borgo Treviso), raffiguranti S. Bonaventura e S. Antonio abate, di Orazio del Paradiso.
