La chiesa fu costruita fra il XIII e il XIV secolo, con ogni probabilità sul sito occupato in precedenza dal primitivo Duomo di San Mariano. La chiesa ha una facciata prettamente gotica, mentre il campanile è romanico. L’interno è costituito da una singola navata con abside quadrata, mentre il tetto è sostenuto da archi in pietra su colonne binate. Molti degli affreschi originari sono andati perduti; rimangono solo alcuni frammenti di una Santa Caterina d’Alessandria e di uno Sposalizio mistico di Santa Caterina.
La facciata è la parte esteriore dove c’è l’entrata principale della chiesa. Possiamo notare che è molto semplice dato che è rimasta incompleta rispetto ai piani iniziali(dato che erano previsti due campanili simmetrici e invece ne possiamo osservare solo uno). La facciata è a capanna (cioè con due spioventi). Il tetto non presenta i pinnacoli ma una croce al centro dei due spioventi. Al centro della facciata c’è un rosone di stile romanico. Il portale è strombato(cioè va via via restringendosi). Ai lati del portale ci sono due contrafforti(utilizzati per dare stabilità alla chiesa). A destra della facciata possiamo trovare una torre con quattro monofore a diversi piani e un imponente campanile(il più grande della città di Gubbio).
Dal 1998 al 2011, all’esterno della chiesa sono state girate numerose scene della fiction Don Matteo, dalla prima all’ottava stagione.
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