La Cathédrale de San Francesco, le Duomo de Livourne, présente une façade entièrement reconstruite suite aux bombardements de la Seconde Guerre mondiale, avec un portique aux arcs en plein cintre, que certains attribuent à Inigo Jones, le père de l'architecture de la Renaissance anglaise.
Après la guerre, deux autres portiques plus petits ont été ajoutés à la façade du transept, tandis que la zone de l'abside, déjà modifiée dans les premières décennies du XXe siècle avec l'ajout d'une fontaine, a été transformée avec la construction d'une grande exèdre à côté du clocher reconstruit à cet endroit.
La partie interne est en forme de croix latine. Dans le transept, il y a deux chapelles latérales : celle du Saint Sacrement à gauche, et celle de la Conception de la Vierge Marie à droite. Les fresques des deux chapelles ont été perdues pendant la Seconde Guerre mondiale. La nef était à l'origine couverte d'un plafond très précieux en bois sculpté et doré - réalisé entre 1610 et 1614 - qui présente sept tableaux, épargnés par les bombardements et placés dans une structure très simplifiée, qui repropose la répartition de l'espace de l'œuvre originale. Jacopo Ligozzi, Domenico Cresti, dit Passignano, et Jacopo Chimenti, dit l'Empoli, ont réalisé entre 1619 et 1623, trois grands tableaux représentant Saint François qui reçoit l'enfant de la Vierge, l'Assomption de la Vierge Marie et l'Apothéose de Santa Giulia.
En 2006, à l'occasion des événements liés au bicentenaire du diocèse de Livourne, la Couronne d'épines de Beato Angelico a été placé dans la Cathédrale. Au cours de la même année, une porte monumentale a été installée sur la façade. Il s’agit d’une œuvre d'Antonio Vinciguerra, représentant les épisodes les plus significatifs de l'histoire de la ville.
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