Die heutige Piazza Giovanni XXIII erstreckt sich im südlichen Teil des Gebietes, das zur Zeit von Augusta Praetoria als das heilige Gebiet des Forum Romanum galt und auf faszinierende Weise von dem Kryptoportikus begrenzt wurde.
Die bedeutende Rolle, die dieser Ort im Leben der Stadt spielte, verblasste auch in den Jahrhunderten nicht, in denen der progressive Verfall der römischen Welt unwideruflich war und schließlich zu ihrem Ende führte: östlich vom Kryptoportikus wurde in der Tat das erste, dem christlichen Kult geweihte Gebäude erbaut.

Im Innern dieses schon bestehenden Komplexes entstand am Ende des 4. Jhs. die Kathedrale. Es handelte sich um ein Bauwerk von imposanter Dimension, das sich aus einem einzigen Kirchenschiff, einer Taufkirche auf der westlichen Seite und zahlreichen angrenzenden Räumen zusammensetzte, von denen einer als zusätzliche, zweite Taufkirche genutzt wurde. Die Fassade erhob sich nur wenige Meter von dem Bau des östlichen Flügels des Kryptoportikus und war mit demselben durch die Konstruktion der Haupttaufkirche verbunden. Dieser Komplex, dem auf der südlichen Seite mehrere Räume hinzugefügt wurden, die zur Bischofsresidenz oder zu Wohnhäusern für den Klerus bestimmt waren, wurde über Jahrhunderte lang genutzt. Mit Ausnahme einer im Spätmittelalter vorgenommenen Umgestaltung blieb sein Äußeres im Wesentlichen unverändert, bis zu den bedeutenden Bauarbeiten in romanischer Zeit, die der Kathedrale ihren größtenteils noch heute zu bewundernden Aspekt verliehen. Auf diese konstruktive Phase im 11. Jh. geht zudem der eindrucksvolle Freskenzyklus zurück, der im Dachgeschoss der Kirche freigelegt wurde: Zusammen mit den Fresken von Sant’Orso machen sie Aosta zu einem der Hauptzentren der Ottonischen Kunst in Europa.

In der zweiten Hälfte des 11. Jhs. wurde der westliche Bauflügel vollständig neu gestaltet, der sich aus zwei Türmen und einer vorspringenden zentralen Apsis zusammensetzte; im 13. Jh. wurden zwei der fünf originalen Apsiden abgerissen und das Deambulatorium, der Chorumgang realisiert. Zwischen dem 15. Jh. und den ersten Jahren des 16. Jhs. förderten die Bischöfe von Aosta eine radikale Renovierung der Kirche und bereicherten sie mit zahlreichen Kunstwerken. Der Hochchor, der von einem Holzkruzifix aus dem 14. Jahrhundert dominiert wird, enthält zwei Ordnungen von Chorstühlen, die um 1460 gefertigt wurden; den Boden zieren zwei Mosaiken aus dem 12. und 14. Jahrhundert, die jeweils die Monate des Jahres und eine Reihe von realen und fantastischen Tieren sowie den Euphrat und den Tigris darstellen.

Der barocke Hauptaltar ist aus schwarzem Marmor mit vielfarbigen Intarsien. Die vom Chor hinunter führenden Treppen, eine auf der rechten und eine auf der linken Seite, gewähren den Zugang zu der aus dem 11. Jh. stammenden Krypta; ihr Grundriss ist in drei Schiffe gegliedert, die von schlanken mittelalterlichen und robusten wiederverwendeten römischen Säulen unterteilt werden. An der hinteren Wand können noch heute die originalen, nach Westen ausgerichteten Zugänge bewundert werden.

Die Fassade der Kathedrale setzt sich aus zwei unterschiedlichen Abschnitten zusammen: einem Atrium aus dem 16. Jh. und einer neoklassizistische Stirnseite, die im Jahr 1848 hinzugefügt wurde. Das Atrium kennzeichnet sich durch seine stilvolle architektonische Fassade aus Terrakotta, die sich mit Statuen und Freskenmalereien mit Szenen aus dem Leben der Jungfrau, der diese Kirche geweiht ist, schmückt und ein bedeutendes Beispiel der Renaissancekunst im Aostatal darstellt.

Angrenzend an die Kirche erstreckt sich auf der nördlichen Seite der Kreuzgang. Es handelt sich um ein Bauwerk von trapezförmigem Grundriss, das im Jahr 1460 fertig gestellt wurde und ein ähnliches, im 11. Jh. bestehendes Gebäude ersetzte. Die architektonischen Elemente kennzeichnen sich durch das Bestehen von unterschiedlichen Materialen: der graue Bardiglio, der in den Säulen verwendet wurde, wechselt sich mit dem Kristallgips der Kapitelle und dem Kalkstein der Quader der Rundbögen ab. Es bestehen zwei Arten von Kapitellen: einige sind mit Pflanzenmotiven und Figuren von Menschen und Tieren dekoriert, andere wiederum tragen die Namen derer, die am Bau mitgewirkt haben. Auf dem zentralen Platz erhebt sich eine römische Säule mit einem korinthischen Kapitell, die vermutlich auf den Bereich des Forums zurückzuführen sind. Um 1860 wurde der südliche Flügel des Kreuzganges größtenteils abgerissen, um für die neogotische Kapelle ‘del Rosario’ Platz zu schaffen.

Das Museo del Tesoro, oder Schatzmuseum bietet einen bedeutenden Überblick über die Kunst des Aostatals aus der Zeit zwischen dem 13. und 18. Jh., indem es Gegenstände aus dem reichhaltigen Schatz der Kathedrale mit einigen Kunstwerken aus verschiedenen Pfarrkirchen des Tals vereint.