La veste attuale le è stata conferita a partire dal 1605 quando tre architetti (Floriano Ambrosini, Alfonso Torreggiani e Cosimo Morelli) la ristrutturano causando però la perdita di ogni traccia del primitivo impianto romano-gotico. La posa della prima pietra avvenne il 26 marzo 1605. Per iniziativa del papa bolognese Benedetto XIV, tra il 1743 e il 1754 la cattedrale venne impreziosita con una nuova facciata su disegno di Alfonso Torreggiani.