Eretto in forme romaniche nel XII secolo (nel 1120 si ha notizia della sua consacrazione) su una preesistente chiesa dedicata a Santa Maria, ingrandito nel XIII secolo (1254), secondo il Vasari per opera di Nicola Pisano. Modificato nel 1580-84 per volere del vescovo Guido Serguidi, per adeguarlo alle nuove norme liturgiche scaturite dal Concilio di Trento, presenta un interno a tre navate, su massicce colonne rivestite di stucco che simula un granito rosa e un bel soffitto ligneo a cassettoni con busti di Santi, intagliato da Jacopo Pavolini da Castelfiorentino. L'intervento che lo ha trasformato definitivamente, però, si ebbe durante i restauri del 1842-43, quando si finì di cancellare quanto rimaneva dell'antica chiesa gotica. All'esterno, alla sinistra della facciata un lato della Cappella dell'Addolorata (l'accesso è dalla cattedrale), cui si addossa un campanile quattrocentesco a tre giri di bifore, riedificato nel 1493 in sostituzione del vecchio campanile che minacciava di crollare, su disegno di analoga torre campanaria eretta a Bolsena nel 1482 dal Sansovino, e successivamente abbassato per ragioni di stabilità.
L'interno conserva numerose opere d'arte, tra le quali spiccano:
· all'altar maggiore un elegante ciborio di Mino da Fiesole, eseguito nel 1471;
· ai lati dell'altare, sopra due colonne a tortiglione di marmo bianco del XII secolo, due angeli, sempre di Mino da Fiesole;
· dietro l'altare un bel coro ligneo gotico del 1404;
· nella 1ª cappella, a destra, l'arca di S. Ottaviano, di Raffaele Cioli da Settignano (1522);
· nella 2ª cappella, a sinistra, una Deposizione, gruppo ligneo policromo argentato e dorato del 1228, capolavoro della scultura romanica, di ignoto scultore volterrano;
· a metà della navata centrale, sulla sinistra, un bellissimo pulpito ricomposto nel 1584 con sculture del '200. Sorge su quattro colonne, con bei capitelli, che poggiano su due leoni, un bue e un toro. La cassa, rettangolare, è composta di formelle di autori diversi;
· nella Cappella dell'Addolorata, entro due nicchie chiuse da cancelli seicenteschi in ferro battuto due gruppi statuari attribuiti a Giovanni della Robbia: a sinistra un Presepio in terracotta dipinta con al fondo "l'Arrivo dei Magi" di Benozzo Gozzoli, a destra, un'Epifania;
· nell'attigua Cappella del Nome di Gesù, racchiusa in una preziosa teca argentea del XVIII sec., una tavoletta con il Monogramma di Cristo, donata a Volterra nel 1474 da San Bernardino da Siena.


In Piazza San Giovanni, isolato, davanti al Duomo, sorge il Battistero: edificio a pianta ottagonale che risale al XIII secolo. Il lato che fronteggia la cattedrale è rivestito di fasce di marmo verdi e bianche, con portale romanico sulla fronte a bande bianche e verdi che risente della mano di Nicola Pisano, mentre le sculture della scarsella sono di Mino da Fiesole. All'interno, nella nicchia a destra dell'altare, è conservato un fonte battesimale dove sono scolpite, su cinque facce, il battesimo di Gesù, la Fede, la Giustizia, la Carità, la Speranza, eseguite in marmo bianco da Andrea Cantucci detto il Sansovino. Sembra che il Brunelleschi abbia fornito consigli per la costruzione della cupola.


Si affaccia nell'omonima piazzetta. Conserva una bella facciata romanico-pisana del XIII secolo, nella lunetta Madonna col Bambino, in marmo, di scuola pisana (l'originale è conservato nel Museo d'Arte Sacra). All'interno: Madonna col Bambino, terracotta smaltata di Giovanni della Robbia, ed un Angelo custode di Nicolò Cercignani, detto il Pomarancio.

Fondata nel 1280, l'intervento del 1728 ce la consegna nello stato attuale. L'interno a tre navate su colonne, conserva alcune opere d'arte.

Eretta nel XV secolo, trasformata nel 1507, con facciata barocca, attualmente sconsacrata.

Nell'omonima via, si trova la chiesa di S. Lino, eretta nel 1480 sul posto ove, secondo la tradizione, sorgeva la casa di S. Lino, il secondo pontefice, successore di S. Pietro. Faceva parte di un convento di suore di clausura. Attualmente sconsacrata.

In Piazza Inghirami, in alto a destra, si erge la chiesa di S. Francesco, eretta nel XIII sec., ma rimaneggiata quasi del tutto: ha una facciata semplice, a cortina di pietre, con portale e rosone centrale. L'interno è ad una sola navata, con tetto a travi scoperte. All'altar maggiore un grandioso tabernacolo marmoreo contenente un'immagine quattrocentesca della Madonna di S. Sebastiano, patrona di Volterra. A sinistra, in una piccola stanza a parte si trova una Pietà in terracotta colorata, del volterrano Zaccaria Zacchi. Alla destra si trova una porta che da accesso alla Cappella della Croce di Giorno, eretta nel 1315 con ingresso indipendente dalla piazza, a destra della facciata della chiesa. E' un ambiente a due navate gotiche, absidata e interamente affrescata nel 1410. Tra i tanti affreschi, tutti di Cenni di Francesco Cenni, che rappresentano la Leggenda della S. Croce e Storie di Gesù, colpisce una Strage degl'Innocenti particolarmente cruda.

Di fronte alla chiesa di S. Francesco si trova la chiesa di S. Dalmazio (portale rinascimentale del 1516). All'interno, tra le altre opere, una Deposizione di Giovanni Paolo Rossetti e storie di San Benedetto di Giovanni Camillo Sagrestani.

Fuori delle mura, in direzione delle "balze", nell'omonimo borgo, al vertice di una ripida scalinata, si trova la diruta chiesa romanico-pisana di S. Stefano.

In direzione di Borgo S. Giusto, nei pressi delle mura etrusche si trova la chiesa di S. Chiara, con portico attribuito all'Ammannati, fiancheggiato sulla destra dall'ex convento, attualmente Casa di Riposo per anziani.

Nell'omonimo borgo, in cima ad un inclinato piano erboso, fiancheggiato da due filari di cipressi, sorge la chiesa di San Giusto. Iniziata nel 1627 per sostituire quella crollata per l'inesorabile avanzare delle Balze, fu consacrata nel 1775. All'interno presenta una sobria, unica navata. Davanti all'ingresso dell'oratorio si trova un interessante orologio solare, progettato dal volterrano Giovanni Inghirami nel 1801. La luce, penetrando da un foro praticato nella cupoletta di incrocio del transetto, proietta un raggio solare su una linea meridiana di marmo bianco segnata sul pavimento, indicando le ore 12 per tutto l'anno; non ha mai sbagliato una volta.

L'Abbazia con l'annessa chiesa fu costruita nel 1030 vicino alla chiesa di San Giusto al Botro, che conservava i corpi di San Giusto e di San Clemente e che s'inabissò nelle Balze nel secolo XVII. Centro di cultura e di arte, ospitò opere di Giotto, del Ghirlandaio, di Botticelli, oltre ad una biblioteca ricca di incunaboli e manoscritti; fu abbandonata per l'avvicinarsi della voragine delle Balze. Della chiesa, franata nel 1895 rimane un'abside romanica e la massiccia torre campanaria di epoca medievale.

Costruita insieme all'annesso convento francescano nel 1445 su disegno di Michelozzo, presenta un portico ai cui lati si trovano due cappelle contenenti due pale in terracotta invetriata di Giovanni della Robbia (1501). All'interno due dipinti del XV sec., un Immacolata Concezione di Santi di Tito e due statue in terracotta smaltata di S. Girolamo e di S. Francesco, attribuite a Giovanni Gonnelli, detto il Cieco di Gambassi.

Eretta nel XIII sec., ma completamente rifatta nel Settecento; annesso alla chiesa il Seminario Vescovile, nel quale si conserva una Madonna in Gloria, terracotta senese del XV secolo.

Fuori delle mura, in Borgo S. Alessandro, non distante dalla Porta all'Arco, si trova l'omonima chiesa, edificata nel XII secolo, consacrata, secondo la tradizione, da Papa Callisto II nel 1120, più volte rimaneggiata, conserva un portale romanico. All'interno una Madonna col Bambino di scuola senese.