Edificata durante i secoli XII- XIV fu successivamente modificata a causa di un restauro avvenuto nella seconda metà dell'Ottocento. La facciata presenta in basso cinque arcate di cui due completamente cieche, mentre nelle restanti si aprono tre portali. La parte superiore è composta da tre ordini di colonne di diversa origine e materiale. Nel 1330 venne ultimata la torre campanaria alta 59 metri, detta "Torre dalle 100 buche". La chiesa di carattere romanico è a tre navate, divise da imponenti colonne. Nella cripta della seconda metà dell'ottocento, costruita durante i restauri, è visibile il busto reliquiario in argento dorato del 1346, contenente il cranio del vescovo martire San Donato, patrono di Arezzo. Il presbiterio elevato sopra la cripta presenta una cupola non finita che poggia su eleganti pilastri. Sull'altare maggiore è possibile ammirare il Polittico di Pietro Lorenzetti eseguito tra il 1320 e il 1324.