In stile romanico pisano, il duomo presenta tre navate a colonne monolitiche e un soffitto a cassettoni che rappresenta il Paradiso popolato da santi volterrani. La cappella dell'Addolorata ospita un affresco di Benozzo Gozzoli, L'arrivo dei Magi, che fa da sfondo a un presepe in terracotta policroma realizzato da Zaccaria Zacchi da Volterra (1473-1544). Vedrete inoltre opere del Domenichino e del Pomarancio e, soprattutto, una superba Deposizione in legno di pioppo policromo.