Domkirken, som er dediceret til Sankt Cerbone, der var biskop i
Populonia fra 570 til 573. Kirken blev bygget i begyndelsen af 1100-tallet, men blev ombygget og udvidet med tiden. To byggestile er iøjnefaldende: den romanske og den gotiske (sidstnævnte mesterligt udnyttet af den berømte Giovanni Pisano for at den ny facade fra 1200-tallet).
Hele kirken er udsmykket med blinde buer og dyrefigurer. Hovedporten, der åbner sig på facaden viser fem basrelieffer, som forestiller lige så mange episoder fra Sankt Cerones liv. Det massive klokketårn frembyder en række vinduer med fra to til fem fag. Den del af bygningen, der ligger mellem klokketårnet og apsis, stammer fra en ombygning udført mellem 1287 og 1304. Den mangesidede apsis udgør det mest påfaldende træk ved denne ombygning, og på forunderlig vis harmonerer dens gotiske byggestil smukt med den oprindelige romanske bygnings skikkelse.
Kirken er delt ind i tre skibe og prydet af lange rækker søjler i travertinermarmor med korintiske volutter, alterneret med klassiske volutter, hvorpå man ser fint skulpturerede mønstre med blade og dyr. I det højre skib, ved indgang, ligger et romersk sarkofag fra det 3. århundrede e.Kr., og over dette hænger et maleri fra 1200-tallet, som forestiller Vor Frue med Jesusbarnet og til siderne Sankt Frans af
Assisi og Sankta Katarina af Alexandria. Det mest betagende ved hele kirken er dog for mange de stenarbejder fra 11.århundrede (eller muligvis tidligere), der står i et hjørne af kirkerummet. Stenen har gennem århundrederne fået en næsten sort overflade, og her ser man, hvad vi i dag ville kalde naivistiske figurer af en slægløs, langhåret Jesus (der lignen en kvinde), Disciplene og andre bibelske figurer.
