La Cattedrale rappresenta uno dei massimi esempi di architettura romanica umbra. La facciata, che nel progetto originario doveva essere più bassa, con terminazione a capanna, fu sopraelevata, come dimostrato dalla ripresa del paramento murario. È ripartita da tre lesene che rispecchiano la suddivisione degli spazi interni in tre navate ed è divisa in tre ordini da cornici sorrette da archetti pensili. L'ordine inferiore è a riquadri di larghezza ineguale e che inquadrano i tre portali. Il registro mediano della facciata, sulla quale si aprono tre rosoni, è separato da una cornice marcapiano. Il timpano contiene un arco ogivale evidenziato da una cornice forse pensato per accogliere una decorazione a mosaico. A sinistra della facciata si trova la torre campanaria della vecchia Basilica Ugoniana (1029-1036), sopraelevata da Giovanni da Gubbio, è a pianta rettangolare con cinque ordini, divisi da cornici marcapiano e scanditi da paraste e archetti pensili. Nel primo ordine si trova un orologio ad una sola asta. La campana più antica proviene da S. Benedetto al monte Subasio e riporta la data 1287 ed il nome Bono da Pisa.
Le tre navate interne sono scandite da pilastri che sorreggono la volta a botte della navata centrale e le volte a crociera delle navate laterali. La chiesa ha perduto l'originario aspetto romanico a seguito di un radicale rifacimento progettato da Galeazzo Alessi (1571-1585). Al di sopra delle volte, non visitabili, è possibile vedere i capitelli dei pilastri, la parte alta delle mura perimetrali ed i pennacchi della cupola. L'interno ha ora un aspetto tardo-rinascimentale, grazie all'innesto di un corpo a pianta longitudinale su uno a base ottagonale. La navata è suddivisa in cinque campate. Sulla navata laterale destra si apre la Cappella del Santissimo Sacramento, un'aula decorata da tele e affreschi sul tema dell'Eucarestia. Nella cappella, sulla cantoria soprastante l'ingresso, si trova un ulteriore strumento, risalente al 1645 e probabilmente opera di Tommaso Campana; dotato di una cassa lignea in stile barocco decorata con rilievi e dorature, ha 10 registri su unico manuale e pedale

• Elementi decorativi
  • Il portale maggiore è illustrato da una serie di figurazioni allegoriche allusive all'Apocalisse. Ai lati si trovano due leoni accosciati: quello a sinistra divora un uomo dalla testa rovesciata, quello a destra stringe un montone fra gli artigli. Stipiti ed architrave sono decorati da motivi geometrici e floreali.
• Elementi decorativi
  • Nella lunetta sopra al portone di ingresso principale centrale è raffigurato l'Eterno Benedicente tra la luna ed una stella, a sinistra la Madonna in trono che allatta Gesù Bambino, a destra un santo, forse S. Giovanni, con un libro in mano.
• Elementi decorativi
  • l rosone centrale è costituito da tre giri concentrici: la parte più interna e quella più esterna sono formate da arcate; la parte intermedia è costituita da piccole foglie. È attorniato dai quattro simboli degli Evangelisti ed è sorretto da tre telamoni (cariatidi con funzione di membratura architettonica di sostegno, raffiguranti figure maschili di notevoli dimensioni) posti entro un rincasso ed in piedi sopra animali fantastici.
• Elementi decorativi
  • La volta della navata mediana, il coro e la cupola erano decorate da tempere di Alessandro Venanzi e sono poi state imbiancate nel 1982.
• Preesistenze
  • La parete sinistra poggia su un muro romano, parzialmente rimesso in luce con l'abbattimento delle mense degli altari. Entrando in chiesa dal portone di sinistra, sulla sinistra, è possibile vedere la cisterna romana di forma quadrangolare, coperta da una volta a botte.
• Elementi decorativi
  • All'ingresso, ai lati della navata centrale, sono collocate due statue in marmo raffiguranti S. Francesco e S. Chiara, eseguite da Giovanni Duprè tra il 1880 ed il 1881.
• Coperture
  • La copertura della navata centrale è una volta a botte, intonacata. Le coperture delle navate laterali sono costituite da volte a crociera. Ogni navata è scandita da 5 campate. La copertura de presbiterio è costituita da una cupola a calotta a base ottagonale sorretta da pennacchi sferici.
• Elementi decorativi
  • Lungo la navata laterale sinistra, si trova un altare in cui è collocato un Crocefisso ligneo, risalente alla metà del XVI sec., con braccia mobili e costruito per essere scavigliato e portato in processione durante i riti della Settimana Santa.
• Pavimenti e pavimentazioni
  • La pavimentazione è in cotto. La sede è rialzata rispetto all'aula ed è pavimentata in legno, come il coro retrostante situato in corrispondenza dell'abside.
• Elementi decorativi
  • Lungo le pareti dell'abside sono collocati gli stalli del coro ligneo cinquecentesco con intagli di Piergiacomo da Sanseverino (1520), con al centro il grande organo del 1841 di Antonio e Francesco Martinelli da Umbertide. La sopraelevazione dell'altare versus absidem caratterizzata da timpano triangolare, ospita nell'edicola parte delle canne dello strumento. Al centro del presbiterio è collocata la cattedra vescovile dominata da un grande Crocifisso.

• 412 ‐ VIII (preesistenza carattere generale)
  • Secondo tradizione, intorno al 412 vi fu costruita una piccola basilica per ospitare le reliquie di S. Rufino, primo vescovo di Assisi martirizzato nel 218 sul fiume Chiascio, presso Costano. Della basilica, che occupava gran parte dell'area del sagrato, è pervenuta la cripta, sottoposta alla facciata dell'attuale chiesa, ed il campanile romanico.
• X ‐ XXI (origine intorno)
  • La piazza medievale è alloggiata entro una terrazza romana, delimitata a monte da un lungo muro di sostruzione che è tuttora visibile sotto la pavimentazione ed all'interno della chiesa.
• 1134 ‐ 1140 (costruzione carattere generale)
  • Nel 1134 il capitolo dei canonici, presieduto dal priore Rainerio, decise l'abbattimento dell'edificio e l'erezione di un nuovo tempio, alle spalle dell'antico. La chiesa venne fondata nel 1140 dall'architetto Giovanni da Gubbio, come riportato in una lapide murata all'esterno dell'abside: ANNO DOMINI MILLENO - CENTENOQUE QUADRAGENO - AC IN SOLIS CARDO - SUUM EXPLET ILLO ANNO - DOMUS HAEC EST INCHOATA - EX SUMPTIBUS APTATA - A RAINERO PRIORE - RUFINI SANCTI HONORE - EUGUBINUS ET IOANNES - HUIUS DOMUS QUI MAGISTER - PRIUS IPSE DESIGNAVIT - DUM VIXITQUE AEDIFICAVIT.
• XIII ‐ XIII (facciata carattere generale)
  • La facciata della Cattedrale di S. Rufino venne ultimata nel sec. XIII. Nel progetto originario doveva essere molto più bassa con terminazione a capanna. La cuspide venne sopraelevata, come visibile dalla ripresa del paramento murario.
• 1210 ‐ 1253 (costruzione carattere generale)
  • Nel 1210 i lavori non erano ancora terminati. Un patto di pacificazione tra Maiores e Minores della città ordinava la prosecuzione dei lavori. Il presbiterio era terminato quando, nel 1212, vi furono traslate le ossa di S. Rufino. L'altare venne consacrato da Gregorio IX nel 1228, ma solo nel 1253 Innocenzo IV la consacrò la chiesa ormai ultimata.
• 1571 ‐ 1585 (restauro carattere generale)
  • Nel XVI sec. la chiesa fu riprogettata da Galeazzo Alessi e perse il suo originario aspetto romanico, acquistandone uno tardo-rinascimentale.
• 1848 ‐ 1848 (modifiche interne carattere generale)
  • Nel 1848 furono aperti i varchi in fondo alle navate laterali e distrutti gli altari sotto la cupola.

• ambone ‐ aggiunta arredo (2000-2004)
  • Ambone realizzato in marmo grigio, con lavorazione centrale ed aquila scolpita.
• altare ‐ aggiunta arredo (2000-2004)
  • Altare realizzato con diverse tipologie di marmo, rialzato da una base in marmo Calacatta.