Die Basilika San Domenico, auch Basilica Cateriniana genannt, ist eine der wichtigsten Kirchen der Stadt.
Die Kirche wurde zwischen 1226 und 1265 begonnen, wurde jedoch im 14. Jahrhundert vergrößert, was zu einem gotischen Erscheinungsbild führt. Teile der gotischen Struktur wurden jedoch später durch Brände in den Jahren 1443, 1456 und 1531 zerstört, weitere Schäden ergaben sich später aus der militärischen Besetzung (1548-1552).

Es ist ein großes Gebäude, das, wie viele zeitgenössische Bauwerke der Bettelorden, aus Ziegeln mit einem hohen Glockenturm auf der linken Seite gebaut wurde (dieser wurde nach einem Erdbeben im Jahr 1798 in der Höhe reduziert). Der Innenraum ist auf dem Plan des ägyptischen Kreuzes, mit einem riesigen Kirchenschiff und einem Querschiff mit hohen Kapellen.

Die Kirche enthält mehrere Relikte der hl. Katharina von Siena, deren Familienhaus sich in der Nähe befindet.

Cappella delle Volte ist eine alte Gebetsstätte dominikanischer Nonnen, die mit zahlreichen heiligen Ereignissen von Katharina von Siena verbunden ist. Es beherbergt die Kanonisierung der hl. Katharina von Mattia Preti, flankiert von zwei 1602 Gemälden von Crescenzio Gambarelli. Andere Werke von letzterem sind ebenfalls vorhanden. Die Hauptwand zeigt ein Porträt der hl. Katharina.

In der linken Wand des Kirchenschiffes befindet sich eine Madonna mit Kind von Francesco di Vannuccio, eingerahmt von einem Ewigen mit Saint von Il Sodoma und von einer Predella mit fünfzehn Geschichten des Neuen Testaments von Antonio Magagna. Rutilio Manetti malte einen Exorzismus des hl. Antonius Abt, Sebastiano Folli eine hl. Katharina von Alexandria und Francesco Vanni eine hl. Hyazinthe. Er rettete eine Madonna-Statue vor einem Feuer.

Die Altäre auf der rechten Seite sind mit einem Marienbild von Stefano Volpi (1630), einer Geburt der Jungfrau von Alessandro Casolani (1585) und einer Reliquie der Reliquien der Heiligen Katharina dekoriert. Sie werden von der St. Catherine-Kapelle gefolgt, in deren Mitte sich ein Altar mit Kopf und Daumen des Heiligen befindet. Il Sodoma sorgte für eine Ohnmacht und Ekstase der hl. Katharina und den Tod von Niccolò di Tuldo für die Kapelle, während von Francesco Vanni ein Exorzismus der hl. Katharina (1593-1596) ist. Die Marmorpflaster aus dem 15. Jahrhundert mit Orpheus und Tieren wird Francesco di Giorgio zugeschrieben.
An der rechten Wand befinden sich ein Fresko von Pietro Lorenzetti und die Anbetung der Hirten von Francesco di Giorgio, ergänzt durch ein Lünette von Matteo di Giovanni und eine Predella von Bernardino Fungai.

Im rechten Querhaus befindet sich ein Altar, der dem Ambrogio Sansedoni gewidmet ist, ebenfalls von Francesco Rustici (1611-612) in einer Leinwand. Zu den Kapellen zählen die zweite, die den Märtyrern der deutschen Nation zusteht, und die dritte, zu der eine Madonna mit Kind und der hl. Hieronymus und Johannes der Täufer von Matteo di Giovanni gehören. Die vierte Kapelle hat eine barocke Leinwand von Raffaello Vanni (1649) und einen heiligen Antonius Abt aus dem Jahr 1426. Die Majestät von Guido da Siena (1221 datiert, aber wahrscheinlich von 1265-1270 n. Chr. mit Ergänzungen eines Duccio-Nachfolgers.) ) befindet sich in der Mitte der fünften Kapelle, wo sich auch Werke von Matteo di Giovanni, Benvenuto di Giovanni und zwei Fresken von Giuseppe Nicola Nasini befinden. Das linke Querschiff endet mit dem Altar des hl. Dominikus. Der Altar besitzt ein Ziborium mit zwei Engeln von Benedetto da Maiano (1475-1480), während in der Apsis ein Tod des Hl. Petrus Märtyrer von Arcangelo Salimbeni (1579) und der Hl Galgano Perpignani. Die Krypta im gotischen Stil kann auch besichtigt werden. Es beherbergt ein Kruzifix von Sano di Pietro und eine von Ventura Salimbeni (1600) unterzeichnete Kreuzigung.