La chiesa del Duomo, fondata dalla confraternita dei Battuti,  nasce come Santa Maria dei Battuti nel XIV secolo , oggi è intitolata a Santa Maria Annunziata e al patrono San Leonardo. L'ultimo altare sulla destra è dedicato infatti al patrono di Conegliano e contiene  una espressiva statua in marmo, opera dello scultore Marco Casagrande del 1858: l'antico Duomo, ora non   più esistente,  aveva sede sulla sommità� del colle,  nel complesso del castello, ed era infatti dedicato a S. Leonardo. All'interno del Duomo si conservano, in un' urna di vetro, anche  i resti del Beato Marco Ongaro, un francescano vissuto santamente in città� nel primo periodo dell'istituzione dell'Ordine del poverello di Assisi, che incontrà S. Antonio di Padova proprio a Conegliano nel 1227. Le sue reliquie, in passato, sono state portate in processione per la città� durante i periodi di pestilenza per impetrarne la protezione.

Sopra il portale d'ingresso   un affresco di Francesco Beccaruzzi raffigura  la Vergine che dona Gesù al mondo.

All'interno una serie di tele è presente sulle pareti; la prima è ancora del Beccaruzzi del 1545; si tratta di un grande quadro   per la chiesa del Convento di San Francesco (oggi demolita); il dipinto, che va sotto il nome di "San Francesco che riceve le stimmate e altri santi�"�, giunge in Duomo solo di recente (dopo numerosi spostamenti) da Venezia, (Gallerie dell'Accademia).

L'opera si presenta divisa in due parti: una inferiore con sei santi (rispettivamente Ludovico di Tolosa, San Bonaventura, Santa Caterina d'Alessandria, San Girolamo, Sant'Antonio da Padova e San Paolo) e quella superiore con San Francesco nell'atto di ricevere le stimmate, il paesaggio non ricorda tanto La Verna nel casentinese -il luogo dove il poverello ricevette le stimmate - quanto i dintorni di Conegliano.

Di Beccaruzzi (attribuita) è anche San Marco tra Santa Caterina e San Leonardo, opera minore del 1530, giunta in Duomo nel XVIII secolo.

Nella navata sinistra si trova Il battesimo di Cristo, opera del primo Seicento di Francesco Frigimelica . La tela raffigura, sotto un cerchio di angeli, il Cristo   immerso nelle acque del Giordano con il capo chino e le mani giunte, mentre Giovanni Battista   somministra  il battesimo.

Di Ludovico Pozzoserrato è la  tela con Annunciazione del secondo Cinquecento; sotto un cielo di angeli musicanti con al centro lo Spirito Santo in forma di colomba, l'Arcangelo Gabriele entra in scena da sinistra, ad annunciare la lieta notizia alla Vergine Maria, inginocchiata a destra davanti a un leggio. All'uscita e sopra la porta  un quadro di Palma il Giovane  l'opera è Santa Caterina battezzata dall'Eremita, tela del 1585 per la chiesa di Santa Caterina di Venezia, portata a Conegliano nel primo Ottocento.

 Ma l'opera per eccellenza è la tela del Cima posta nell'abside e raffigura la Madonna in trono con GesùBambino; fu commissionata da Francesco Codroipo e Giovanni della Pasqualina negli anni 1490 a nome della Confraternita dei Battuti, quando il Cima era attivo in Venezia. Dopo oltre cinque secoli, la pala è ancora conservata dietro l'altare maggiore del Duomo di Conegliano ma non è l'unica opera che l'artista ha lasciato alla sua città�. Nel Museo del castello infatti sono esposte delle portelle d'organo attribuite al Cima e alla sua scuola.

Nel XX secolo, causa le condizioni precarie del legno di supporto si rese necessario il trasferimento su tela, mediante la tecnica del rullo termico. In pratica si è staccato tutto il colore steso originariamente sulla tavola usata dal Cima, per poi trasferirlo sull' attuale tela. La delicata procedura, avvenuta con estrema precauzione e accuratezza, ha avuto  successo eccetto per una piccolissima parte marginale, poi risistemata. La tavola presenta la Vergine in trono col Bambino Gesù in grembo, sul lato sinistro i santi Giovanni Battista, Nicola e Caterina d'Alessandria, a destra i santi Apollonia, Francesco d'Assisi e Pietro; ai piedi del trono due figure di fanciulli musicanti danno movimento alla scena principale, ossia una sacra conversazione, le cui figure si mostrano assorte.