La Catedral de los Santos Pedro y Donato, Duomo de Arezzo, es el lugar principal de culto de la ciudad y ha sido edificado sobre una antigua iglesia paleocristiana.
Decisiva para la construcción de la Catedral fue la visita del Papa Gregorio X en diciembre del 1275, a su regreso del Concilio de Lyon. El Papa, gravemente enfermo, murió en Arezzo el 10 de enero dejando la suma de treinta florines de oro destinados a la construcción de la nueva Catedral. Las obras fueron iniciadas en el 1278 por el obispo Guglielmino de los Ubertini y solo se terminaron en el 1511.
La fachada exterior, que permaneció sin decoración durante siglos, adquirió la forma actual entre los años 1900 y 1914. El interior de tres naves, con cinco tramos marcados por polistilos, se caracteriza por un ábside poligonal. El ciclo de siete vitrales de Marcillat, pintados en dos fases, entre los años 1516-1517 y los años 1522-1524, es una verdadera obra maestra. Marcillat también fue responsable de la realización de las Historias Bíblicas pintadas en las bóvedas de los tres primeros tramos de la nave central y del primero de la nave izquierda, así como del diseño de la escalera que conduce a la basílica.
En el interior de la magnífica Catedral se encuentran numerosas obras de grandes artistas vinculados a la ciudad de Arezzo.
Entre ellas se encuentra el fresco de María Magdalena realizado por Piero della Francesca, pintado alrededor del 1460 en la nave izquierda.
El conjunto del altar mayor, documentado desde el 1362, es monumental. El coro de madera fue diseñado por Giorgio Vasari en el 1554. El ilustre artista de Arezzo es también autor del diseño de la base del órgano que se encuentra en la nave izquierda. Hoy enmarca la Madonna y el Niño, valiosa escultura de madera de mediados del siglo XIII.
Hacia el 1810 se realizaron importantes transformaciones en el trazado original de la Catedral con la intención de crear un "camino interior" capaz de expresar la continuidad de la historia de la iglesia de Arezzo, camino que tiene su punto culminante en la capilla de la Madonna del Conforto, cuya imagen sagrada, según la tradición, está relacionada con un milagro ocurrido en el Siglo XVIII. En el interior de la capilla se han colocado – después de tomarlas de otras iglesias de la ciudad – las palas o cuadros de altar de Andrea della Robbia.
La Catedral es un lugar muy importante para los habitantes de la ciudad. Durante la Justa del Saracino de hecho, el barrio que ha ganado el concurso desfila con la Lanza de Oro por las calles de la ciudad hasta llegar, como última etapa, a la gran Catedral del Duomo: aquí, los intendentes invocan un canto de agradecimiento a la Madonna del Conforto o a San Donato antes de regresar a la sede del propio barrio.