Il Duomo si affaccia sull’omonima piazza, l’edificio risale al X sec. quando il tempio era la Pieve intitolata a Santo Stefano, fu rimaneggiata nel XIII sec. in stile romanico, la facciata fu decorata a strisce di marmo bianche e verdi alternate, tali lavori risalgono al XV sec. Sul portale d'ingresso fu realizzata una lunetta dove fu collocata la raffigurazione della Madonna fra santi, opera di Andrea della Robbia.
Accanto al tempio si innalza il campanile realizzato in stile romanico – gotico, onorato da bifore. L’interno del duomo è suddiviso in tre navate, sormontate da arcate poggianti su colonne addolcite da capitelli , qui sono custodite opere molto interessanti, come il “pergamano” opera di Mino da Fiesole, un maestoso candelabro e il tabernacolo della Madonna dell’Ulivo opera del Maiano. Nella navata di sinistra è collocato il pulpito in marmo bianco sorretto da sfingi, ornato da bassorilievi raffiguranti storie della vita di Santo Stefano, del Battista e dell'Assunta.
Nella cappella maggiore fu realizzato il ciclo di affreschi raffiguranti le storie di San Giovanni Battista e di Santo Stefano. Nella navata di sinistra si trova la cappella del sacro cingolo, la quale racchiude la reliquie rappresentata dalla cintola che la Madonna diede a San Tommaso. Qui fu collocato l' altare che funge da scrigno per la reliquia, sormontato dalla figura della Madonna con bambino, opera di Giovanni Pisano. Le pareti sono affrescate con storie della vita di Maria e della “cintola”. Alla cappella si accede solamente mediante l'apertura della cancellata bronzea, realizzata in stile rinascimentale. Questa cappella fu realizzata successivamente al tentativo da parte di un pistoiese di trafugare la reliquia, quel personaggio la tradizione vuole che fosse un canonico chiamato Giovanni di ser Landetto, detto anche “Musciattino”, il quale fu catturato, gli fu mozzata la mano destra e arso al rogo.
La reliquia fu la causa per la quale molti pellegrini in adorazione si diressero a Prato, questo diede impulso ai lavori che portarono all'ampliamento del Duomo e alla piazza omonima, per accogliere la miriade di persone che si accalcavano fuori dai battenti del tempio. Tale reliquia ancora oggi è esposta al pubblico della piazza nel periodo di Natale, Pasqua e l'8 settembre; questo grazie al pulpito esterno al Duomo.