La Cattedrale
Di origine paleocristiana, fu ricostruita varie volte. La cupola fu progettata da Andrea Palladio, così come il portale laterale di settentrione ed è inserita, dal 1994, nella lista dei Patrimoni dell'umanità dell'UNESCO e nel sito La città di Vicenza e le ville di Palladio del Veneto. È n monumento nazionale italiano.
L'aspetto attuale della cattedrale risale alla metà del Quattrocento. Dal 1444 al 1467 fu costruita la facciata gotica, riparate le cappelle fino ad allora costruite e l'abside duecentesca. Nei secoli successivi continuarono i lavori e i rimaneggiamenti. La costruzione della nuova e attuale abside prese avvio sin dal 1482 su progetto di Lorenzo da Bologna – che ideò anche la cappella Trissino. Una prima temporanea copertura venne realizzata nel 1540, per corrispondere alla decisione papale di far ospitare a Vicenza il Concilio, poi tenutosi a Trento. Agli anni trenta del Cinquecento risalgono due lavori che da alcuni autori vengono attribuiti al giovane Andrea Palladio, l'altare maggiore e il sepolcro di Girolamo Bencucci da Schio vescovo di Vaison. Della seconda metà del secolo sono altre opere dell'architetto vicentino, il portale settentrionale e la costruzione del tamburo e della cupola. Seguirono interventi nei secoli successivi.
Durante la seconda guerra mondiale la cattedrale fu pesantemente colpita dai bombardamenti anglo-americani, che distrussero la cupola, gran parte della navata e lesionarono gravemente la facciata e le cappelle meridionali. I sontuosi affreschi che ricoprivano l'interno andarono irrimediabilmente perduti. La ricostruzione e i restauri iniziarono subito dopo il conflitto, ma si protrassero fino al 2002.
L'interno della cattedrale si presenta in stile gotico, con unica navata sulla quale si aprono varie cappelle laterali e che è coperta con volta a crociera.
Il presbiterio è sopraelevato come nelle abbazie di architettura gotico cistercense.
La parete dell'abside, con al centro l'altare maggiore, è decorata dal pregevole Paramento Civran, costituito da varie tele collocate all'interno di un'architettura in stucco e marmorino sormontata da statue di angeli. Le tele di sinistra raffigurano scene dall'Antico Testamento : Mosè sostenuto nella preghiera attribuita a G. B. Minorelli, il serpente di bronzo di Bartolomeo Cittadella, il Sacrificio di Noè di Pietro Liberi, il Sogno di Giacobbe attribuito a Gianbattista Volpato, il Passaggio del Mar Rosso di Antonio Zanchi.: Le tele di destra riguardano Costantino e la Vera Croce: Apparizione della Croce a Costantino di Antonio Zanchi, la Vittoria su Massenzio opera di Bartolomeo Cittadella, il Miracolo della vera Croce attribuito al Minorelli, Eraclio si accinge a portare la Croce di Andrea Celesti, San Luigi, re di Francia, dona la reliquia al vescovo Bartolomeo da Breganze di Giovanni Carboncino.
Al centro dell'abside è posto l'altare maggiore, chiamato Altare Dall'Acqua dal nome di Aurelio Dall'Acqua che lo commissionò.
Il prezioso altare fu realizzato nel 1535.
La cripta
L'altare della cripta è dedicato a S. Dioniso del XVII secolo.
Il gruppo scultoreo posto sull'altare è in pietra dipinta chiamato della Madonna Moro, dove sono raffigurati la Madonna col Bambino e i Santi Giacomo e Giovanni Battista.
L'opera fu realizzata nel XV secolo ed è attribuita ad Antonino da Venezia.
Cappella della Sacra Famiglia
Dormitio Virginis, polittico di Lorenzo Veneziano
Cappella del SS. Sacramento
Il tabernacolo ligneo, opera di G. Montecchio realizzato nel 1607.
Questo è decorato con piccole pitture di Alessandro Maganza che raffigurano Cristo Risorto, il Padre Eterno e le Allegorie di Fede, Speranza e Carità.
La pala d'altare è di Alessandro Maganza e rappresenta una Gloria di Angeli.
Scene della Passione di Cristo (1600) di Alessandro Maganza
Cappella dell'Incoronata
Incoronazione della Vergine - Antonino da Venezia
Cappella di S. Caterina d'Alessandria
Cappella di Sant'Antonio da Padova della famiglia Loschi
Cappella della Madonna Pellegrina
Cappella del Crocifisso della famiglia Thiene