Descrizione artistica

Soltanto al XIV secolo può essere datata l'attuale sistemazione del transetto con l'apertura di cappelle gotiche ai lati dell'abside centrale e con la costruzione di una nuova scarsella rettangolare in luogo delle originarie absidi semicircolari.
La facciata, in arenaria locale giallo-grigiastra, tripartita da lesene e con grandi oculi laterali, presenta nella parte inferiore un'articolazione a tre arcate che inglobano il portone.
Questo, evidentemente posteriore rispetto alle due arcate laterali, ha una struttura di tipo pisano con colonne marmoree che sorreggono un ampio arco falcato con lunetta decorata da tarsie bianche e verdi, in marmo e serpentino, a motivi geometrici. Sia la ghiera dell'arco che l'architrave hanno modanature classicheggianti, con decorazione ad ovoli, dentelli ed elementi vegetali. Ispirati ad esemplari antichi sono anche i capitelli degli stipiti e delle colonne laterali. La parte superiore è separata da quella inferiore da una cornice marcapiano ornata da elementi vegetali, ovoli e dentelli e presenta, in corrispondenza della navata centrale, una loggetta cieca di tipo pisano, con colonnine e pilastrini ai lati di un oculo centrale intarsiato, e al di sotto degli spioventi dei tetti delle navate laterali, una serie di archetti pensili.
Loggetta e archetti sono coronati da una cornice ornata da un tralcio vegetale al di sotto della loggetta di apre inoltre un enorme rosone. Gli archetti sono associati a lesene nella parte superiore, mentre in quella inferiore compaiono arcate rette da semicolonne che inglobano oculi e losanghe gradinate, secondo un sistema costruttivo che richiama da vicino quello della cattedrale pisana. Nei pennacchi inoltre sono presenti incavi circolari vuoti, ma che probabilmente in origine dovevano contenere bacini ceramici. Tali elementi permettono di attribuire questa parte dell'edificio alla prima fase costruttiva che ha come data di riferimento il 1120, l'anno della sua consacrazione.
Diversa è l'articolazione dell'unico fianco visibile della cattedrale, quello che prospetta su via Turazza e che si affaccia sull'attuale edificio della Misericordia di Volterra. Sul breve tratto in prossimità della facciata compaiono infatti una serie di alte arcate, 'di proporzione gotica', delimitate da snelle semicolonne. Anche la parete di testata del transetto compresa tra il Palazzo dei Priori e il Palazzo Arcivescovile e la contigua parete absidale hanno una muratura che differisce sostanzialmente da quella degli altri lati del transetto.
Tali prospetti sono caratterizzati da un rivestimento a fasce marmoree bianche e verdi, simile a quello del battistero, che in parte risale al XIV secolo, ma che è stato completato durante i lavori di restauro della cattedrale compiuti negli anni Trenta del Novecento. L'aspetto attuale dell'interno risale al XVI secolo e fu eseguito per volere del vescovo Guido Serguidi tra il 1574-1598: l'edificio è a tre navate divise da due file di colonne rivestite in stucco che sorreggono archi a tutto sesto, con pareti dipinte a bande bianche e nere e presbiterio sopraelevato. Davanti alla facciata della cattedrale è situato il battistero di San Giovanni. La presenza di un battistero nell'area della cattedrale è attestata fino dal X secolo, ma solo a partire dal 1161 si hanno riferimenti all'edificio attuale. All'ultimo quarto del XIII secolo è sicuramente databile, comunque, il rivestimento del prospetto rivolto verso la cattedrale fasce bianche e verdi, simile a quello della chiesa di San Michele, e l'ampio portale gotico con capitelli.