Vero e proprio simbolo religioso, civile e storico della Città è la Cattedrale, dedicata all'Assunta. Fu Federico II a volerne la costruzione nel 1232 secondo l'arte e l'architettura romanica del tempo. La Cattedrale di Altamura è una delle quattro basiliche palatine di Puglia, cioè alle dirette dipendenze dell'imperatore di Svevia. Gran parte della chiesa originaria crollò nel terremoto del 1316 e fu ricostruita sotto il regno di Roberto d'Angiò. 
Vi lavorarono i figli di un certo mastro Consiglio di Bitonto, la cui firma si legge lì in alto sulla Porta Angioina, detta anche Porta delle Spezie perché si apriva sulla piazza del mercato. A chi oltrepassa questo portale, l'iscrizione sull'archivolto ogivale sembra dirci: "Regia Cappella sono, nessuno mi faccia guerra. Io re Roberto, protetto dal Re dei cieli, la proteggo. Porta del cielo, sono".

La Cattedrale subì altri lavori, o meglio ampliamenti. Infatti nel 1534 fu invertito l'orientamento. Lì dove c'era l'abside, venne costruita la facciata; e lì dove c'era la facciata venne prolungata con il presbiterio e il coro. A distanza di pochi anni, comunque entro il 1557, vennero elevati i due poderosi campanili. Imperatore è Carlo V d'Asburgo, il cui grande stemma è ben riconoscibile. Le parti superiori, le cuspidi barocche dei campanili furono aggiunte nel 1729. 
L'intera struttura trova il suo punto di equilibrio e simmetria nel meraviglioso rosone, capolavoro della scultura pugliese del '300, dal cui occhio centrale sembrano irradiarsi, 15 colonnine legate da archetti intrecciati a raggiera.

E' però il Portale, gotico e forse dei primi anni del 1400, a lasciarci stupiti, con lo sguardo all'insù. E' tutto un trionfo di decorazioni e sculture, all'interno di un protiro sporgente, appoggiato su due fieri leoni, rifatti nel 1533, quasi a guardia della porta della Cattedrale.
Sugli archi della porta sono scolpite 22 scene, tra quelle più significative della vita di Gesù, dalla nascita fino alla morte e resurrezione. Si va dall'annuncio dell'Angelo a Maria, fino alla Natività, l'Adorazione dei Magi, la Fuga in Egitto, Cristo fra i dottori del Tempio, le Nozze di Cana, la Resurrezione di Lazzaro, la flagellazione, la Crocifissione, la Resurrezione, fino all'Ascensione e alla Pentecoste.

Al centro, nella lunetta, vi è la Madonna in trono con Bambino tra due angeli, e in basso, sull'architrave è raffigurata l'Ultima Cena con il Cristo posto sul lato sinistro mentre riceve il bacio di Giuda. Si tratta di veri e propri capolavori della scultura medievale, di arte gotica, pugliese.
L'interno mostra tutta la sua imponenza. L'impianto è quello di una basilica a tre ampie navate con colonne e pilastri, dai bellissimi capitelli, quasi certamente di origine sveva. I restauri e le ultime ristrutturazioni, avvenute attorno al 1850, per opera di mons. Falconi, hanno ridefinito l'immagine della chiesa. Si osservi, ad esempio il controsoffitto o l'intera decorazione interna, carica di marmi e stucchi colorati. 

A questi anni risale anche l'organo monumentale, realizzato da maestro organari di Torino. Per qualità, ricchezza e grandezza dei suoni è tra i più completi organi di Puglia: ha ben 29 canne e i suoi registri riescono a riprodurre un'intera orchestra.
La Cattedrale inoltre possiede due importanti tele della pittura dell'Ottocento italiano: la Conversione di San Paolo dipinta da Domenico Morelli nel 1876, e la Maddalena di Francesco Netti. Altre opere, ancora più antiche, arredano con garbo e gusto la chiesa. Prima fra tutte l'elegante ambone in pietra scolpita, all'incirca del 1545; poi, del 1587, vi è il Presepe in pietra che ritrae San Giuseppe, la Madonna e il Bambino Gesù, con gli altri personaggi della tradizione natalizia all'interno di una grotta naturale, ed all'esterno i re Magi ed i Pastori. Autore delle sculture fu l'artista Altobello Persio. 

La Cattedrale si fa bella per ospitare e far sedere i canonici, cioè i sacerdoti che partecipavano alle celebrazioni liturgiche. Vennero realizzati 68 stalli, cioè i sedili del coro posti su due file e minuziosamente decorati con figure di Santi e di Virtù. E' in legno di noce e i lavori sono stati coordinati dal maestro intagliatore Colantonio Bonafida, nel 1543. Di pari bellezza e precisione anche la sedia riservata al Vescovo.
Spostando di poco lo sguardo possiamo osservare l'altare in marmo del '700 con il grande dipinto raffigurante l'Assunzione al cielo di Maria, opera del 1545 del pittore napoletano Leonardo Castellano. La Cattedrale custodisce altre preziose opere come l'armadio a muro, in noce, del 1547, nella sagrestia, con il Tesoro e gli arredi sacri.