Ubicata lungo Via Arco d'Augusto, la Chiesa cattedrale dedicata all'Assunta, ricostruita nel 1140 dopo che un incendio aveva distrutto la precedente costruzione, ha una facciata tipicamente romanica tripartita a struttura mista di laterizi e arenaria arricchita da un portale strombato.

Il campanile sul lato sinistro fu costruito in luogo dell'originale torre campanaria cilindrica.

Nell'interno, a tre navate con l'aggiunta di cappelle laterali realizzate a partire dal XIV secolo, sono degni di menzione: un pulpito realizzato con sculture appartenute all'antica Chiesa, tra cui rilievi romanici rappresentanti episodi dell'infanzia di Cristo, e la seicentesca Cappella Nolfi a cui collaborò l'architetto Girolamo Rainaldi a che fu affrescata con "Le Storie della Vergine" da Domenico Zampieri detto il Domenichino tra 1618 e 1619.

Nella Cappella dei Santi Protettori e sull'Altare Maggiore si possono rispettivamente ammirare due tele: "La Vergine con i Santi Orso ed Eusebio" di Ludovico Carracci e "La Vergine Assunta" di Sebastiano Ceccarini.

Cappella Nolfi

La fastosa Cappella Nolfi fu così denominata dai patrizi fanesi Guido e Cesare Nolfi, che dopo il 1604 la fecero interamente trasformare con la collaborazione di artisti vari, compreso l'architetto Girolamo Rainaldi, che diede il disegno per la ricca decorazione plastica della volta e delle pareti laterali (realizzate dallo stuccatore Pietro Solari) nei cui riquadri Domenico Zampieri (il Domenichino) affrescò tra il 1618 e 1619 i sedici bellissimi episodi della Vita della Vergine.

Dell'Anconetano Andrea Lilli è invece la grande tela raffigurante Il paradiso e l'Assunta (intorno al 1606) posta sulla parete dell'altare, mentre dello sculture Francesco Caporale sono i busti dei due Nolfi collocati (dopo il 1612) sui rispettivi munumenti funebri.

Altra importante opera pittorica è la bella tela con la Vergine in Gloria e i Santi vescovi comprotettori Orso ed Eusebio di Ludovico Carracci (1613), posta sull'altare della cappella a destra del prebisterio e affiancata dalle immagini di S. Antonio Abate e San Francesco del fanesse Bartolomeo Giangiolini che del Carracci fu allievo.