Con uno sguardo rapido dall'esterno è impossibile percepire la complessa architettura dell'abbazia benedettina fondata (secondo la tradizione per volontà del nobile Pietro Vincioli) alla fine del X secolo su un'area cimiteriale etrusco-romana e su un preesistente tempio paleocristiano, forse primitiva cattedrale della città. Il monastero (ora della Facoltà di Agraria), che incorpora la basilica di cui sono riconoscibili ancora le strutture primitive, è frutto di più fasi costruttive dal medioevo al Settecento. Il cortile d'ingresso, realizzato da Valentino Martelli (1614), è dominato dal possente campanile inferiormente dodecagonale e poi esagonale, che sovrappone forme di epoche diverse; la cella campanaria (1463-68) è in stile gotico-rinascimentale su disegno di Bernardo Rossellino.<br>L'ingresso alla basilica è nell'angolo sinistro in fondo, presso il portico che conserva affreschi del Maestro Ironico già della facciata originaria. Il portale del XVI secolo, sormontato da una lunetta a fresco attribuita a Giannicola di Paolo, immette nelle tre navate, quella mediana con soffitto ligneo cinquecentesco, divise da 18 colonne antiche. La semplice architettura medievale è rivestita dal ricco apparato decorativo eseguito tra la metà del '500 e l'inizio del '600. Da segnalare: 10 grandi tele dell'Aliense (scene della vita di Cristo, 1592-94) alle pareti della navata mediana; 5 quadretti del Perugino (1496) nella sagrestia quattrocentesca; il coro ligneo nell'abside, dai raffinatissimi intagli e tarsie (1526-35); inoltre, opere del Sassoferrato, del Guercino e di Guido Reni.