La Cattedrale di Santa Caterina d’Alessandria, in stile bramantesco, fu costruita alla fine del XVI secolo su iniziativa del vescovo Giovanni Andrea Caligari, che volle un edificio imponente per la città. Completata nel 1601, la cattedrale si sviluppa su tre ampie navate, separate da colonne in stile ionico, che conferiscono armonia e leggerezza all’insieme.

L’altare maggiore è dominato dalla pala raffigurante le “Nozze mistiche di Santa Caterina”, realizzata dal pittore Giuseppe Marchetti (1722–1801), artista attivo nel Settecento. Tra le opere più importanti della cattedrale ci sono anche il dipinto “La Madonna in trono con i Santi Pietro e Paolo” di Francesco Longhi (1544–1618), pittore della seconda metà del Cinquecento, e “San Carlo Borromeo in preghiera” , opera di Felice Cignani (1660–1724). Nella cappella a destra dell’altare maggiore si conserva un imponente Crocifisso ligneo di scuola tedesca, risalente alla fine del XVI secolo. La tradizione narra che sia stato donato da un pellegrino come segno di gratitudine per l’ospitalità ricevuta a Bertinoro.