Die Kathedrale Santa Maria Assunta e San Genesio, der Dom von San Miniato, wurde im 12. Jahrhundert, vielleicht auf den Resten einer älteren Kapelle, errichtet. Sie wurde anfangs mit den Namen Santa Maria eingeweiht und 1195 zum ersten Mal in einer Bulle Papstes Coelestin III. genannt. Als die Siedlung, die von den Langobarden gegründet wurde und sich am Fuße San Miniatos ausbreitete, im Jahr 1248 zerstört wurde, erhielt Santa Maria das Taufbecken und den Titel San Genesio. Zu der Zeit wurde das Gebäude restauriert, die Fassaden wurden mit Keramikbecken verziert, wie es in der pisanischen Architektur Tradition ist.
Im 15. Jahrhundert wurde die Kirche erweitert und es wurde ein mächtiger Glockenturm errichtet, der heute als Torre di Matilde, bekannt ist, was auf eine Legende zurückzuführen ist, gemäß derer Matilde di Canossa im angrenzenden Palast des Vicari zur Welt gekommen sein soll.
Die stufenförmige Giebelfassade legt eine Mauerfläche aus Ziegel vor, in die zur Dekoration 26 Keramikbecken eingearbeitet wurden, die für ihre Eleganz und Originalität beachtlich sind. Im unteren Teil öffnen sich die drei Sandsteinportale aus dem 16. Jahrhundert.
Das Innere der Kathedrale entwickelt sich im Stil der Neorenaissance und ist das Ergebnis der Arbeiten des 19. Jahrhunderts des Pietro Bernardini, mit Dekorationen im barocken Stil. Die drei Kirchenschiffe sind durch zwei Rundbogenreihen getrennt, die auf ionischen Säulen aus unechtem, polychromen Marmor aufsetzen und werden mit einer geschnitzten und vergoldeten Kassettendecke aus dem 17. Jahrhundert überdacht.
Am 22. Juli 1944 durchdrang ein amerikanisches Artilleriegeschoss die Kirche durch die halbkreisförmige Fensterrose des südlichen Flügels des Querschiffs, explodierte im rechten Kirchenschiff und tötete somit 55 Menschen. Der Dom war voller Bürger, die von den Deutschen auf dem Kirchplatz zusammengeführt wurden.
Dieses Ereignis hat einen der berühmtesten Filme der Gebrüder Taviani inspiriert: „La notte di San Lorenzo“ (Die Nacht von San Lorenzo).