Tra le massime espressioni dell'architettura gotica della regione e del nord Italia, risale probabilmente che al V-VI secolo. L'edificio attuale risulta è il risultato di un agglomerato di precedenti strutture della zona episcopale, i cui materiali furono riutilizzati per la nuova chiesa. Tra questi edifici è ancora visibile la Chiesa di San Giovanni, utilizzata con funzione battesimale. Verso l'anno 1070 l'edificio crollò. Nel 1095 la nuova Cattedrale venne consacrata da Papa Urbano II e successivamente avvenne un'ulteriore ricostruzione, secondo un progetto imponente. La Cattedrale a tre navate è in stile gotico lineare, con predominio della verticalità espressa dagli archi a sesto acuto. Agli inizi del Trecento la Cattedrale si arricchì di un grandioso portale laterale in gotico fiorito. La facciata presenta tre rosoni sormontati da due oculi e una finestra a crociera. Il campanile di stile romanico risale al 1266, ospita nove campane ed è stato ritoccato nel XVIII secolo. Nel 1470, a seguito della campagna di abbellimento finanziata dai Pelletta all'antiporta fu collocata la statua marmorea di Maria Assunta circondata da sei teste di angeli alati, a dominare la piazza della Cattedrale e vigilare sulla città. Da sempre le celebrazioni per la festa della Patrona sono state grandiose e varie, con palchi per ospitare cantori e musici provenienti anche da altre città. All'interno il Duomo è impreziosito da importanti opere d'arte astigiana.