В плане храм представляет собой латинский крест, середина которого перекрыта широким куполом. На белом фоне стен выделены фрагменты из песчаника и кирпича. Некоторые детали западного фасада восходят к концу XIV в., попытки завершить строительство церкви были предприняты в 1887 и 1933 гг. Главную часть мраморной скульптуры выполнил Якопо делла Кверча (сцены Исхода и из Нового Завета, фигуры пророков, Богородицы и св. Петрония, 1425–1430 гг.); Микеланджело в 1506–1508 гг. дополнил её огромной бронзовой статуей папы Юлия II над главным люнетом (уничтожена в 1511 г.). Оставаясь незавершённым, храм, тем не менее, архитектурно доминирует в городе и является одним из крупнейших в Италии (132х60 м при высоте сводов около 45 м). Церковь Сан-Доменико известна как место погребения основателя Ордена доминиканцев католического святого Доминика (ум. в 1221 г.). При перестройке (около 1235 г.) в сооружение были включены остатки древней постройки (рубеж VII–VIII вв.), которая была, как полагают исследователи, церковью св. Николая. Здание неоднократно расширялось (новый интерьер создан в 1728–1732 гг., архитектор К.Ф. Дотти). Освящена в память католического святого Доминика в 1251 г. папой Иннокентием IV. Центр внутреннего пространства крестообразного храма – капелла с гробницей Доминика. Гробница (между 1264 и 1267 гг.), перенесённая в церковь из крипты в 1411 г., состояла из прямоугольного саркофага, покоящегося на фигурах кариатид (к нему исследователи гипотетически относят фигуры архангелов из музея Виктории и Альберта в Лондоне, аллегорическое скульптурное изображение Св. Веры в Лувре, группы фигур диаконов из Барджелло (Флоренция) и музея Бостона; ансамбль приписывается скульптору Никколо Пизано). Рядом с саркофагом находятся фигуры Христа, Богородицы и святых, между которыми расположены шесть рельефных панелей, изображающих сцены из Жития Доминика. Над скульптурными украшениями гробницы также работали Арнольфо ди Камбио, Фра Гульельмо да Пиза, Никколо дель Арк и молодой Микеланджело (скульптурные изображения святых Петрония и Прокла, XV в.). Монастырь Сан-Стефано, древнейший в Болонье, был основан, по преданию, св. Петронием, погребённым впоследствии в этой обители. В Средние века монастырь стал центром паломничеств. В IX в. он был известен как монастырь св. Стефана Иерусалимского или «Святой Иерусалим» («S. Gerusalemme»), но ни одна из существующих церквей не сохранила посвящения св. Стефану (главный храм монастыря освящён в память апостолов Петра и Павла). Исследователи полагают, что капелла Сан-Сеполькро (лат. Sanctum Sepulchrum – Гроба Господня) и другие части комплекса были основаны в V в., но реставрационные работы 1880 – 1920 гг. уничтожили большую часть ранних уровней. К V в. исследователи относят и часть базилики во имя святых Виталия и Агриколы, перестраивавшейся в VIII в. с использованием строительных кладок римского периода и в XI в. в ломбардском стиле. В X в. появились, по мнению исследователей, все основные постройки монастыря. Группа сохранившихся монастырских капелл и церквей, двор (клуатр) датируются романским периодом (XI–XII вв.) с включением фрагментов более ранних строений.