Divenuta cattedrale in epoca imprecisata fu costruita nelle sue forme attuali contemporaneamente alla Rocca. L'edificio primitivo, di dimensioni maggiori e con orientamento opposto, gravita su un asse viario basolato ancor oggi visibile nel Parco dei Ravennati. LA ristrutturazione del borgo comportò la creazione di piazza della Rocca su cui si affaccia l'edificio. Il perimetro esterno è mosso da paraste decorate alla base con rilievi raffiguranti armi ed oggetti legati alla guerra e al mondo simbolico. Sulla facciata principale sono visibili due stemmi marmorei: sul frontone quello del cardinale Giuliano della Rovere (1483-1503), sull'architrave quello del cardinale Gesualdo (1561-1603). il cui nome compare nell'iscrizione sull'architrave. All'interno, la navata unica è coperta da capriate lignee decorate da gigli; al di sopra del'abside si legge l'iscrizione con la dedica del cardinale Giuliano della Rovere. Nella cattedrale si conservano ancora documenti epigrafici del culto del martire Aurea: un cero pasquale marmoreo (V sec.) su cui è incisa l'iscrizione abbreviata del nome latino della santa (S. Aurea), ed una lastra sepolcrale (III-IV sec.) in cui lo stesso nome è trascritto in lingua greca (Chryse). Documenti medioevali ponevano nel sito la tomba di Monica, madre di S. Agostino. Tale tradizione è stata confermata negli anni '50, dal rinvenimento, in loco, di un iscrizione frammentaria che conserva parte dell'epitaffio in versi dedicato a Monica dal Console Anicio Auchenio Basso nel 408 (cappella destra). Le avvenute funzioni di cattedrale sono confermate dalla presenza, nella navata sinistra, di un repositorio per la custodia degli olea sacra (distintivi delle cattedrali), attribuibile a scuola cosmatesca (XII-XV secolo). Situato tra Via del Vescovato e P.zza della Rocca l'Episcopio e il risultato degli interventi di ampliamento e abbellimento voluti, durante il pontificato di Giulio II, dal cardinale di Ostia, Raffaele Riario (1511-1513), il cui stemma è murato al centro del prospetto esterno. Su questa parete, in oltre, vi sono alcune lastre frontali di sarcofago ed elementi architettonici di età romana, provenienti dall'area circostante e già appartenenti alla collezione del Cardinale Pacca. All'interno nell'ampio salone del primo piano le pareti risultano decorate da scene inquadrate in una finta cornice e leggibili in senso orario cominciando da sinistra. La tecnica è quella dell'affresco monocromo; l'argomento è di carattere militare (battaglie, assalti, costruzioni di roccaforti, etc.) e deriva da repertorio figurato della Colonna Traiana (guerre daciche 101-102 e 105-107). Da tale modello si distacca la scena finale con i funerali dell'imperatore Traiano. Il ciclo è attribuito al senese Baldassarre Peruzzi ed ai suoi aiuti Cesare da Sesto e Domenico Beccafumi.