L'attuale edificio è il risultato di molti adattamenti e sovrapposizioni avvenuti tra il V ed il XVI secolo. Alcuni resti rinvenuti durante i lavori di restauro della cripta del 1967 dimostrano che il primo tempio fu costruito addirittura nel IV o V secolo su un preesistente edificio di epoca romana che Sebastiano Andreantonelli identifica come un tempio pagano dedicato forse alle Muse, mentre altri storici lo attribuiscono a Ercole o a Giunone.

 

I ritrovamenti archeologici degli anni 1882 – 1883 dimostrano che la cattedrale fu edificata utilizzando i resti della basilica civile del foro romano identificati nelle sezioni più antiche della costruzione attuale come il transetto, le basi delle absidi semicircolari e, secondo alcuni, anche la cupola che risalgono, infatti, alla fine dell'VIII secolo o all'inizio del IX secolo. L'edificio civile di epoca romana misurava circa 32 metri di lunghezza e 13 di larghezza sviluppando un'altezza di 9 metri. Il suo corpo di fabbrica si componeva di tre absidi semicircolari e di tre ingressi orientati verso il Foro.

 

Tra il V e il VI secolo la costruzione subì una prima trasformazione che conferì alla pianta la forma a croce latina con l'aggiunta della navata longitudinale ed il rifacimento delle absidi poligonali fortificate. Nel periodo compreso fra il 746 e il 780 il vescovo longobardo Euclere aggiunse la cupola a base ottagonale, la cui costruzione va tuttavia posticipata all'XI secolo, al tempo del vescovo Bernardo II (1045-1069), quando fu probabilmente all'edificio venne dato l'assetto romanico, con la realizzazione della facciata, e, soprattutto, la costruzione della cripta per accogliere le reliquie di sant'Emidio. Fu proprio in tale occasione che la cattedrale, consacrata fin dall'epoca paleocristiana alla Vergine Maria col titolo di Madre di Dio (Theotòkos), fu condedicata anche al santo martire, primo vescovo della città storicamente attestato. Nello stesso tempo si avviò la realizzazione delle due torri, poste agli angoli esterni della facciata e aggettanti rispetto ad essa; lo spazio tra i due campanili era occupato da un portico a cappelle, andato quasi completamente perduto in seguito agli ampliamenti cinquecenteschi, e del tiburio.

 

L'edificio conservò le sue forme romaniche per lungo tempo, sino all'ultimo quarto del XV secolo, mentre, al contrario alcune chiese ascolane, soprattutto quelle degli Ordini Mendicanti (San Francesco, San Pietro Martire e Sant'Agostino) si erano sviluppate arrivando ad essere di dimensioni assai maggiori di quanto non fosse allora il Duomo. Il 2 gennaio 1481, sotto il vescovo Prospero Caffarelli (1464 - 1500), fu stipulato il contratto per la demolizione dell'antica facciata, la costruzione delle tre nuove navate divise da pilastri poligonali e l'apertura dei finestroni. Tale rinnovamento rimase allo stato grezzo per un lungo periodo, con una Cattedrale dall'aspetto gotico - rinascimentale.

 

La facciata fu costruita dal 1529 al 1539 su progetto di Cola dell'Amatrice e nello stesso periodo fu realizzato un nuovo altare maggiore, mentre le pareti delle navate laterali iniziarono ad ospitare monumenti funebri e in corrispondenza delle nicchie delle navate laterali, furono eretti fastosi altari. Il vescovo Pietro Camaiani (1567-1579), poi, fece completare le volte delle tre navate e all'unico ingresso alla cripta nella navata centrale, si sostituirono le due scalinate nelle navate laterali.

 

Nel 1838 fu inaugurata la cappella del SS. Sacramento, aggiunta al corpo della cattedrale lungo la navata destra all'innesto del transetto, mentre negli anni tra il 1882-1894 fu nuovamente riportato alla luce l'ingresso alla cripta dalla navata centrale su progetto dell'architetto Giuseppe Sacconi che disegnò anche il ciborio sotto la cupola. Nel decennio 1884-1894 le volte della navata centrale e la cupola furono decorati con affreschi di Cesare Mariani.

 

Durante il XX secolo, al termine del secondo conflitto mondiale il vescovo Ambrogio Squintani fece ornare le pareti della cripta con mosaici su cartoni di Pietro Gaudenzi (1880-1955), raffiguranti episodi dell'ultima guerra. Un nuovo intervento sulla cripta fu portato a termine nel 1961 dal vescovo Marcello Morgante che vi fece costruire la tomba dei vescovi diocesani; nel 1967, infine, si ebbe l'adeguamento liturgico del presbiterio secondo le indicazioni successive al Concilio Vaticano II.

 

La facciata del duomo, di forma rettangolare, realizzata tra il 1529 ed il 1539 su disegno di Cola dell'Amatrice, si mostra impostata sull'ordine gigante. Costruita in blocchi levigati di travertino è scandita in tre parti da quattro colonne corinzie ognuna delle quali ha una retrocolonna piana sostenuta da un piedistallo che poggia al di sopra di una base attica. Nella porzione del prospetto al di sopra delle 4 colonne corrono orizzontalmente architrave, fregio e l'importante cornicione sorretto da mensole.

 

Al centro della facciata si apre il portale d'ingresso alla cattedrale inquadrato dalle colonne sezionate verticalmente, con basi, capitelli e cornici di gusto ionico. Ai lati del portale, nei due intercolumni minori, concludono la facciata due grandi nicchie che ospitano due sedili in travertino. Allo spazio superiore del prospetto fu aggiunta nell'anno 1592 la balaustra terminale composta da colonnine.

 

Agli estremi della facciata si innalzano due torri di travertino a base quadrata, risalenti alla seconda metà dell'XI secolo. Quella di destra ha lato di 4,80 m ed è adorna di una cuspide in laterizi e di una balaustra, la cui parte superiore venne ricostruita nel 1592 sul disegno dell'ascolano Silvestro Galeotti, mentre quella di sinistra è di poco più alta della facciata della chiesa.

 

Il fianco sinistro del duomo, prospiciente il battistero, risale al 1485. È ornato da lesene corinzie scanalate e nei loro interspazi sono sistemate bifore gotiche ornate di colonnine tortili e di trafori finissimi, su una delle quali è visibile lo scudo recante lo stemma del vescovo Caffarelli.

 

Nella penultima porzione tra gli interpilastri della parete, verso il transetto, si apre l'ingresso laterale alla cattedrale in stile rinascimentale, con due lesene corinzie che reggono un timpano semicircolare; è chiamata Porta della Musa e il nome deriva dall'epigrafe murata nella parete esterna del transetto. Le dimensioni imponenti e la sua ricchezza sono giustificate dal fatto che questo fu originariamente il portale principale, che fu smontato e ricollocato in questa posizione, successivamente alla realizzazione dell'attuale portale principale. La paternità artistica del portale è controversa, mentre i suoi battenti in legno, decorati da formelle con rose intagliate in rilievo e da figure zoomorfe, sono opera dell'ascolano Francesco di Giovanni, che appose la propria firma su una delle cornici. Alla porta si accede tramite una scala ornata da una balaustra in travertino, che fu costruita nel 1841 su progetto di Gabriele Gabrielli.

 

Continuando verso la parte posteriore del duomo, si incontra la zona del transetto, formato da grandi blocchi di travertino, provenienti certamente da edifici romani, che rappresenta la parte più antica della cattedrale risalendo all'VIII-IX secolo. Due aperture rettangolari sulla parete del transetto, a circa un metro dal suolo, danno luce alla cripta di Sant'Emidio.

 

Proseguendo oltre il transetto, si vedono le due absidi ottagonali laterali, che furono erette probabilmente nell'XI secolo contemporaneamente alla cripta. L'abside centrale, invece, fu ricostruita fra il 1480 e il 1550 e presenta alla sua base un blocco di travertino di importante rilevanza storica in quanto reca la scritta: CAESARI TRIBUNITIA POTESTATE, che potrebbe comprovare l'ipotesi che il duomo ascolano sia stato edificato sulla basilica civile di epoca romana.

 

Anche il tiburio, eretto in periodo romanico alla fine dell'XI secolo, è realizzato in travertino. La sua forma esterna è ottagonale e termina con una cornice all'altezza del tetto chiusa da una volta, anch'essa in travertino, sulla quale è posto un lanternino cieco con quattro bifore, sormontato da una cuspide.

 

Il fianco di destra della cattedrale è pressoché simile a quello sinistro e si apre all'interno del giardino della canonica.

 

Oltrepassato l'ingresso si incontra una cappella, adiacente alla torre campanaria di sinistra, che rappresenta quanto rimane del portico che in epoca medievale si trovava davanti alla facciata dell'edificio romanico e che andò definitivamente perduto durante i lavori rinascimentali di allungamento della pianta culminati nella realizzazione della nuova facciata cinquecentesca. La cappella ospita una Crocifissione, il brano meglio conservato dell'intera decorazione, attribuita al Maestro del Polittico di Ascoli, ritenuto maestro del Maestro di Offida, che qui comparirebbe nei brani decorativi laterali di questa piccola cappella.

 

L'ampia aula interna del duomo, lunga 70 metri e larga 30, di gusto romanico-gotico, ha una pianta a croce latina ed è suddivisa in tre navate da sei pilastri ottagonali sormontati da capitelli rinascimentali che sorreggono le volte. In corrispondenza dei sei pilastri, sulle pareti laterali, si trovano delle lesene con capitelli corinzi e negli interspazi tra le lesene si aprono delle nicchie sormontate da ampie conchiglie.

 

Nelle due parti di controfacciata in corrispondenza delle navate laterali, che in epoca rinascimentale inglobarono i due campanili medievali, si aprono due ambienti corrispondenti alle basi dei medesimi, di cui quello di sinistra rispetto all'ingresso ospita degli oggetti legati al patrono Sant'Emidio. Tra essi, al centro, su di un capitello di recupero, troneggia il Braccio - reliquiario di Sant'Emidio, opera di Pietro Vannini, il massimo orafo ascolano del XV secolo. L'opera, capolavoro dell'oreficeria italiana quattrocentesca, fu realizzata negli anni immediatamente successivi alla Libertas Ecclesiastica concessa ad Ascoli nel 1482 da papa Sisto IV, è costituita da un fusto a base stellare, che regge un braccio slanciato in atto di benedire, rivestito da un guanto, che presenta una decorazione in argento dorato e smalti colorati, e la presenza delle principali tecniche orafe quali lo sbalzo, la filigrana e la cesellatura. Alla base del braccio, entro una finestrella di forma esagonale, è un frammento osseo appartenente al Santo stesso, elemento che lo rende l'oggetto devozionale più rappresentativo del Patrono della città. L'anello, infilato nell'anulare della mano e composto da un rubino centrale e dodici diamanti, fu donato nel 1790 dal vescovo Francesco Antonio Marcucci, che lo aveva ricevuto da Giuseppe II, durante un viaggio apostolico in Austria al seguito di Pio VI, di cui era confessore. Alle spalle della scultura sono invece collocate due cassette di legno risalenti all'XI secolo, probabile epoca della traslazione del corpo di Sant'Emidio nella cripta, che fino alla ricognizione del corpo nel 1959 contennero i suoi resti. La volta presenta invece una piccola tela settecentesca entro una cornice in stucco raffigurante il Santo a mezzobusto.

 

Nella zona del transetto si eleva la cupola che si avvia da una base rettangolare per divenire irregolarmente ottagonale nella parte superiore e concludersi con una calotta ellittica. La sua costruzione si data intorno all'VIII secolo, ai tempi del vescovo Euclere, che dette un'impronta bizantina alla costruzione di tipo basilicale.

 

Il romano Cesare Mariani, (1826-1901), che fu tra i maggiori affreschisti italiani della seconda metà del XIX secolo, negli anni compresi tra il 1884 ed il 1894, eseguì le pitture che rivestono la cupola, le volte delle tre navate e l'abside. Ebbe come collaboratore Gaetano Vannicola (1859-1923), pittore e architetto di Offida.

 

I pilastri della cupola più prossimi alle navate, su tutti i lati, ospitano diversi monumenti funerari, sia in forma di memoria funebre che in quella di sepolcro. Si tratta degli unici lasciati nella loro collocazione originaria in occasione dei lavori ottocenteschi, quando molti di questi apparati decorativi furono spostati all'interno della cripta (di questi ultimi si notino le tracce lungo le pareti ed i pilastri della chiesa). Evidenti richiami ad analoghe opere berniniane sono visibili nelle memorie funebri del vescovo Filippo Lenti (1707), in marmo nero, e del canonico Giuseppe Maria Carpani (1696), entrambi opere di Giuseppe Giosafatti. Di Martino Bonfini di Patrignone è invece il monumento funebre di Gaspare Sgariglia (post 1554), caratterizzata dalla figura del condottiero giacente in armatura al di sopra del sarcofago. Altri monumenti sono quelli in onore del principe romano Silla Orsini, morto nel 1592; di Girolamo Santucci, realizzato nella prima metà del XVI secolo; di Girolamo Tuberi, morto in concetto di santità nel 1532, e di Francesco Antonio Sgariglia, morto il 15 marzo 1669. Alla base del pilone tra la cappella del Sacramento e il transetto vi è un'urna senza iscrizione che presumibilmente è la tomba di Leone, Giovanni o Rinaldo Sforza, che vissero nella prima metà del XV secolo, oppure del vescovo Pietro.

 

A ridosso del terzo pilastro di sinistra verso la navata centrale, si trova un pulpito in noce, opera di Scipione Paris di Matelica, che lo realizzò dal 1657 al 1661.

 

Sotto la cupola si trova l'altare maggiore, sormontato dal ciborio ligneo che richiama lo stile bizantino misto a motivi gotici. Il ciborio fu eretto nel 1895 su disegno dell'architetto Giuseppe Sacconi ed è ornato da quattro bassorilievi degli Evangelisti, opera di Giorgio Paci. L'altare risale al secolo XIII ed è costituito da plutei marmorei lavorati ad intarsio. Il presbiterio risulta innalzato rispetto al piano della chiesa a seguito della costruzione della cripta avvenuta nell'XI secolo. Nel 1969 l'area del presbiterio fu adeguata alle norme liturgiche successive al Concilio Vaticano II, con il posizionamento della cattedra episcopale a ridosso del pilone del tiburio e l'ambone poggiato sui gradini della scalinata. L'interno, oltre alla cripta sotterranea, accoglie la presenza di cappelle, un coro ligneo posizionato sul fondo della cattedrale e la sagrestia.