Interamente costruita in arenaria, tra corso Italia e la retrostante piazza Grande, costituisce una delle più grandi e suggestive pievi romaniche della Toscana.
La costruzione del maestoso edificio, testimonianza dell'architettura del primo nucleo medioevale aretino, è legata alle origini del Comune di Arezzo: fu avviata infatti nella seconda metà del XII sec. sui resti di un preesistente tempio risalente al Mille, di cui rimangono tracce nel portale di via di Seteria.
La realizzazione si protasse fino ai primi decenni del Trecento; rifacimenti e restauri sono stati portati a termine nel Cinquecento, nell'Ottocento e ai nostri giorni. La facciata in stile romanico, originariamente semplice, fu dotata nel Duecento, con l'affermarsi di influenze pisane, di una serie di arcate cieche al piano inferiore, sovrastate da tre ordini di loggiati a coronamento orizzontale.
Ricca la decorazione scultorea, di varia ispirazione: da notare, nella lunetta del portale maggiore, le composizioni duecentesche dedicate alla Madonna e nell'archivolto il coevo bassorilievo raffigurante il succedersi dei mesi dell'anno. In singolare contrasto con l' orizzontalità della facciata si leva a ds. il campanile dalle cento buche (risalente al 1330), così chiamato per le 40 bifore romaniche che divise in cinque ordini ne accentuano lo slancio verticale (59 metri), sottolineato pure dal lungo contrafforte laterale.
L'interno, di struttura romanica, si svolge in tre navate, concluse da una sola amplissima abside, con colonnati ed arcate leggermente ogivali, preludio al gotico. Della cupola prevista sopra il transetto, incompiuta, resta il tamburo di appoggio.

Da notare l'antico presbiterio, costruito sopra una cripta arbitrariamente rifatta in tempi recenti; il celebre polittico (Madonna col Bambino, Annunciazione, Assunta) dipinto nel 1320 da Pietro Lorenzetti per il vescovo Guido Tarlati; I'affresco dei Santi Francesco e Domenico di artista giottesco del primo Trecento; la Cappella del Sacramento, all'interno della "PIEVE" ospita il busto-reliquiario (1346) del vescovo Donato, Patrono cristiano della città.