Correva l’anno 1385 quando il nuovo Signore di Cesena, Galeotto Malatesta, avviò i lavori per la costruzione della nuova cattedrale cittadina. A presiedere il progetto fu chiamato un architetto germanico, maestro Underwalden, originario dell’omonima città svizzera, il quale disegnò una chiesa dalle forme molto simili a quelle delle chiese gotiche tedesche. I lavori avanzarono molto rapidamente, al punto che, nel 1405, la cattedrale era in buona parte compiuta. Tra il 1443 e il 1457, fu elevato il campanile, alto 72 metri, su progetto di Maso di Pietro, mentre il portale è un’aggiunta del 1497.
L’aspetto esteriore della chiesa rimanda alle chiese romaniche, con abbondante uso di lesene e archetti marcapiano a scandire lo spazio: un gusto un po’ attardato rispetto a quello dell’epoca. La facciata fu completata nel corso del Quattrocento dal veneziano Marco Coducci, il quale ammodernò la forma con l’uso della cornice marcapiano e delle semplici lesene semicircolari che la caratterizzano.
L’interno, a tre navate, si caratterizza per uno spiccato slancio verticale molto gotico, dovuto anche all’uso di alte e robuste colonne; il soffitto della navata centrale e a capriate lignee, mentre quelle laterali hanno volte a crociera. Di grande pregio è l’Altare del Corpus Domini, nella navata destra, opera Lorenzo Bregno del 1494, dove sono scolpiti il Cristo, San Giovanni Battista e San Giovanni Evangelista, l’Arcangelo Gabriele oltre al committente Carlo Verardi e il nipote Camillo.
Speculare all’altare è la Cappella della Madonna del Popolo, massimo raggiungimento del barocco cesenate, costruita nel 1679 e ampliata nel 1746 da Pietro Borboni. La cupola con la Genealogia e il Trionfo della Vergine fu dipinta da Corrado Giacquinto nel 1751, mentre il dipinto con la Madonna del Popolo (molto venerato a Cesena) è opera del Bagnacavallo datata 1510.