聖カタリナは、この巨大で厳粛な13世紀の大聖堂でドミニコ会に迎え入れられました。内部には聖カタリナ礼拝堂(祭壇の右側の壁の半分ほど下) には、聖人の生涯の出来事を描いたジョヴァンニ・アントニオ・バッツィ (別名イル・ソドマ) とアンドレア・ヴァンニによるフレスコ画があります。また、ここには 15 世紀の聖骨箱があり、カタリナの頭部と指の 1 本、そしてカタリナが鞭で自分を打ったと言われる不気味な鎖が収められています。
のヴォールツの礼拝堂正面玄関の右側にあるヴォールト礼拝堂は、聖人が多くの神秘体験をしたとされる場所である。現在、そこには同時代のアンドレア・ヴァンニによる聖人の肖像画が飾られている。この大聖堂のその他の注目すべき作品には、キリスト降誕フランチェスコ・ディ・ジョルジョ・マルティーニによる三連画聖母子と聖ヒエロニムス、聖ヨハネマテオ・ディ・ジョヴァンニ 他マジェスティグイド・ダ・シエナ著。
大聖堂の現代美術には、B・カッシナーリ(1982年)によるステンドグラスの窓が含まれています。