Die Kathedrale Santa Maria Assunta von Pesaro, mit Blick auf Via Rossini, befindet sich nur wenige Schritte vom Geburtshaus des großen Komponisten aus Pesaro entfernt. Erbaut auf den alten Resten einer alten christlichen Kirche aus dem fünften Jahrhundert, wurde die Kathedrale im Mittelalter San Terenzio gewidmet, der der erste Bischof der Stadt im dritten Jahrhundert und der Schutzpatron von Pesaro war, und dessen Leichnam sich unter dem Altar befindet. In neuerer Zeit wurde sie Santa Maria Assunta gewidmet. Trotz vieler Veränderungen ist die Fassade im Stil der romanischen Architektur aus dem dreizehnten Jahrhundert gut erhalten. Der Innenraum hat die Form eines lateinischen Kreuzes mit drei Schiffen und sieben Kapellen und drei Altären und wird durch eine Holzdecke und eine große Kuppel überdacht. Die Kathedrale ist reichen an Ornamenten, Gemälden und schönen Möbeln, welche während der Herrschaft der Malatesta angeschafft wurden. Zwei marmorne Löwen flankieren das Portal aus dem vierzehnten Jahrhundert aus weißem Stein – sie wurden während des Wiederaufbaus des Doms zwischen 1282 und 1312 wiedergefunden. Während der Herrschaft der Sforza, zwischen 1445 und 1513,  wurde die Kirche mit der wundervollen „Galerie“ ausgestattet. An der Inneneinrichtung beeindruckt die Zartheit und Schönheit des Freskos Madonna mit Kind und Heiligen Petrus und Hieronymus, aus dem Ende des fünfzehnten Jahrhunderts, sowie ein weiteres bewundernswertes Fresko Madonnadella Misericordia, zwischen 1430 und 40 datiert, welches in den 60er Jahren aus der Kirche Sant’Andrea entwendet und hier platziert wurde. Aber ein unbezahlbarer Schatz wird die Kathedrale erst im Jahre 1865, als während einer radikalen Umstrukturierung des Architekten Giambattista Carducci ein atemberaubender Mosaik-Fußboden aus der Mitte des sechsten Jahrhunderts n. Chr. entdeckt wurde, über 900 Quadratmeter groß, der sich über die ganze Kirche erstreckt. Die Freilegung des Bodens, die ihn für die Öffentlichkeit sichtbar machen soll, begann erst 1990. Dank dieser großen Entdeckung wurden einen Meter unter der Oberfläche auch die Überreste einer Basilika, die als frühchristliche Kathedrale identifiziert wurde, gefunden.