Piazza del Duomo rappresenta lo spazio sacro più significativo della città di Arezzo, in cui si affacciano la Cattedrale e il Museo Diocesano di Arte Sacra. La Cattedrale conserva, presso l’altare maggiore, l’Arca di San Donato, che custodisce i resti mortali del Santo, Patrono d’Arezzo. Nella navata sinistra, si può ammirare l’affresco raffigurante la Maddalena, capolavoro di Piero della Francesca. La visita alla Cattedrale ha il suo momento culminante nella Cappella della Madonna del Conforto, connessa al miracolo del 15 Febbraio 1796, ed oggi fulcro di una forte devozione popolare.
Proprio di fronte al Duomo sorge il Palazzo Vescovile, tuttora sede del Vescovo di Arezzo, che dal 2011 ospita in cinque sale al piano terra il Museo Diocesano di Arte Sacra, importante collezione di sculture, dipinti, codici miniati, parati e oreficerie provenienti dal territorio della Diocesi. Al primo piano del Palazzo è inoltre visitabile la Quadreria vescovile e la Camera dei Papi, destinata ad accogliere i pontefici in visita ad Arezzo.