La Basilica di San Francesco si affaccia sulla piazza omonima, dove la direttrice di Via Cavour si allarga per formare un suggestivo punto d’accesso al nucleo più antico della città. L’edificio risale alla seconda metà del Duecento, ma il suo aspetto attuale deriva dal rifacimento trecentesco, condotto in stile gotico toscano e chiaramente ispirato a criteri di semplicità estetica di derivazione francescana. Gli ultimi restauri risalgono all’inizio del Novecento.

L’edificio è costruito in pietre e mattoni; del progettato rivestimento della facciata in pietrame scolpito, resta solo il basamento della fine del XV secolo. Il campanile risale al Cinquecento.

Laboriosi restauri hanno pressoché restituito alla primitiva semplicità il grandioso interno ad unica navata, fiancheggiata a destra da edicole con ornamenti trecenteschi e rinascimentali e a sinistra da sobrie cappelle ogivali. Ma l’attenzione è attratta soprattutto dalle affascinanti scene della Leggenda della Vera Croce, dipinte da Piero della Francesca sulle pareti della cappella maggiore (abside) tra il 1453 ed il 1464. Le raffigurazioni si ispirano alla “Legenda Aurea” di Jacopo da Varagine, un testo in lingua volgare del 1200, le cui storie di santi e martiri, insieme alle pagine dedicate alle principali feste cristiane, hanno fornito un repertorio di storie e di materiali iconografici che hanno inspirato, durante il Medioevo e il Rinascimento, sia la stesura di sermoni e poemi, sia la realizzazione degli apparati decorativi di molte chiese. I lavori nella cappella proseguirono fino oltre il 1460 e portarono alla creazione di un ciclo pittorico articolato in dodici affreschi, organizzati su quattro livelli sovrapposti.

La vicenda narrata, partendo con “La morte di Adamo” nel lunettone di destra, termina con “L’Annunciazione” nella parete centrale, seguendo un ordine che non coincide con quello di realizzazione dei dipinti, eseguiti da sinistra a destra e dall’alto verso il basso.

Sempre all’interno della basilica, si ammirano le vetrate del Marcillat, tele ed affreschi di Spinello ed altre opere di pregio, tra cui un grande Crocifisso dipinto da un contemporaneo di Cimabue e – nell’ultima cappella laterale a sinistra – il monumento funebre al giureconsulto Roselli, della prima metà del Quattrocento.
Al piano sottostante si estende, divisa in tre navate, la Chiesa inferiore, ripristinata nel corso degli ultimi decenni ed utilizzata come suggestiva sala espositiva.