La chiesa di San Cassiano venne edificata tra il 1187 e il 1271.

L'aspetto odierno della cattedrale rispecchia le trasformazioni dell'epoca settecentesca.

Nel 1759, infatti, il cardinale Bandi decise di abbattere la cattedrale e di ricostruirla dalle fondamenta ed incaricò Cosimo Morelli dell'opera: dal 1765 al 1769 vennero ricostruiti il coro, il presbiterio e la cupola; dal 1775 venne completato il resto della cattedrale che fu benedetta dal cardinale Bandi l'11 agosto del 1781 e consacrata il 28 maggio 1782 da Pio VI.

L'interno della cattedrale, di forme neoclassiche e a croce latina, è suddiviso in tre navate, divise da pilastri corinzi, che terminano in una serie di scale che collegano il corpo della chiesa con il presbiterio sopraelevato sulla cripta.

La facciata attuale fu costruita nel 1850, a spese di Pio IX, da Filippo Antolini, secondo un progetto che riecheggia l'idea del Morelli.