La Cattedrale di Pennabilli, affacciata sulla piazza principale, è una bella chiesa tardo cinquecentesca dedicata a san Pio V, costruita in occasione dello spostamento della sede episcopale da San Leo a Pennabilli, nel 1572. I lavori di costruzioni cominciarono nel 1577, dove precedentemente sorgeva un piccolo edificio dedicato a Sant’Antonio Abate, e fu consacrata nel 1588. La facciata attuale invece è molto più recente e fu realizzata nel 1904 in cotto imolese. All’interno sono esposte alcune opere d’arte alcune delle quali con attribuzione incerta. Negli anni successivi, la chiesa fu ampliata aggiungendo la cappella del Santissimo Sacramento. Tra il 1643 e il 1667 furono eseguiti alcuni importanti lavori, per volontà del vescovo Bernardino Scala, che dotò la sacrestia con un prezioso arredo ligneo e un soffitto in noce, oltre a donare alla Chiesa un bellissimo organo a canne. Recentemente la Cattedrale ha subito una minuziosa opera di consolidamento e di restauro che le ha restituito tutto il suo splendore.