Sorge su una necropoli altomedievale - tombe a fossa scavate nella roccia sono state individuate sotto la pavimentazione di piazza Cavour - legata al culto del primo vescovo della città, san Giovenale, a cui è dedicata la Cattedrale. La costruzione dell'edificio, iniziata nel 1047, si protrasse per circa un secolo fino alla consacrazione del 1145 per mano di papa Eugenio III. Un elegante portico ad archi su colonne precede la semplice facciata rettangolare, trasformata nel XIV secolo; il portale maggiore è del XII secolo. A destra del portico sono inseriti grossi blocchi di pietra, avanzi della cinta urbica d'età romana.<br>L'interno, di tipo basilicale, è diviso in tre navate da 16 colonne con capitelli di forma varia e archi ribassati. Tra il XIV e il XV secolo venne aggiunta la navatella a destra per inglobare il sacello dei Ss. Giovenale e Cassio, più propriamente dei Vescovi narnesi, con fronte ripartita in quattro ordini da pilastrini lavorati; al di sopra del portale si trova la lastra di sepoltura di Cassio e della moglie Fausta (558). Le pareti interne del sacello, in origine ipogeo e occultato alla vista dei fedeli, sono rivestite di spezzoni di lastre marmoree, tranne quella sinistra dove sono sepolti alcuni vescovi; sulla parete di fondo, trittico marmoreo proveniente dalla soprastante chiesa (perduta) in cui si celebrava il culto di san Giovenale. Nella grotta retrostante all'altare è custodito il sarcofago (VIII-IX secolo) che ospitò il corpo di san Giovenale fino al 1642, quando venne costruita la nuova confessione sotto l'altare. Sopra l'ingresso del sacello, Gesù benedicente in mandorla circolare (fine IX secolo), fiancheggiato da affreschi di santi.<br>Nella navata sinistra sono custoditi affreschi riferibili alla chiesa romanica (secoli XII-XIII) e una statua lignea di S. Antonio abate di Lorenzo Vecchietta (1474).<br>Dalla via del Campanile, retrostante al Duomo, è visibile il campanile della chiesa, poderosa costruzione sorta sulle fortificazioni romane, inferiormente romanica (secolo XII) in pietra calcarea, e nella parte superiore rinascimentale (secolo XV) in laterizi, ornata di bacini in maiolica.