La costruzione della chiesa collegiata dell'Assunta, dal 1779 cattedrale, fu iniziata nel 1514 su committenza del signore della città, il conte Alberto III Pio. Il centro urbano venne così "trasportato" dal medievale spazio fra la pieve di Santa Maria, la Sagra, e il Castello (ora piazzale Re Astolfo) in questa straordinaria piazza di geometrica regolarità secondo il gusto rinascimentale, definita a est dal Castello dei Pio trasformato in palazzo, e scandita a ovest dalle 52 arcate del Portico lungo.

Il Duomo, costruito su un modello di Baldassarre Peruzzi ispirato al progetto di Raffaello per la Basilica di San Pietro in Vaticano, presenta una facciata successiva, di forme barocche, completata nel 1680; agli anni attorno al 1770 risalgono l'alto tiburio e la sua copertura che racchiudono la cupola interna, su progetto del carpigiano Carlo Lugli. Nel 1783, artisti della famosa scuola carpigiana di decorazione - Lelio Rossi, Albano Lugli e Fermo Forti - eseguirono la decorazione pittorica dell'interno, secondo un repertorio neorinascimentale in linea con lo stile di primo Cinquecento dell'edificio.

L'interno è a pianta basilicale, a tre navate separate da poderosi pilastri abbinati; fra le coppie dei pilastri sono lasciati passaggi che costituiscono quasi due navatelle fra la navata centrale e le due laterali. Di grande sontuosità, il tempio è stato arricchito nei secoli da pale d'altare dei maggiori maestri: per citarne alcune, sul lato destro, nella prima cappella Cristo che consegna le chiavi a San Pietro, eseguito nel 1646 dal reggiano Luca Ferrari, fra i pittori del Santuario della Ghiara; nella terza cappella il Martirio di Santo Stefano del modenese Giulio Secchiari, degli inizi del '600; nella quinta, presso lo spettacolare altare delle Reliquie, la Visitazione del mantovano Teodoro Alghisi del 1579. Nel presbiterio s'innalza l'Assunta, statua del carpigiano Gaspare Cibelli offerta alla Collegiata nel 1515 da Alberto III Pio.

Nella navata sinistra si segnalano, dall'ingresso, nella prima cappella San Filippo Neri e San Giuseppe di Matteo Loves collaboratore del Guercino; nella seconda la Madonna di San Luca e i santi Bartolomeo e Nicola da Tolentino di Giacomo Cavedoni, nell'orbita dei Carracci; nella terza il Miracolo di San Carlo Borromeo eseguito nel 1612 dal veneziano Sante Peranda, fra i massimi seguaci del Tintoretto.

Di grande pregio i paliotti - fronti degli altari - realizzati in scagliola, tipico artigianato artistico che imita la tarsia marmorea in cui si specializzarono i maestri carpigiani nel Sei e Settecento.

Oggetto di vari restauri fra cui il rifacimento delle coperture nel 1988 e il ripristino della facciata, dal 1990, il Duomo è stato lesionato dal sisma del maggio 2012, pur mantenendo la sua integrità complessiva, ha subito una serie di danni che ne hanno causato l'inagibilità e hanno portato alla chiusura di un intero isolato del centro storico di Carpi. I danni più gravi si manifestano sulla facciata e la cupola.

È attualmente chiuso, interessato da un imponente intervento di consolidamento e ripristino. La fine dei lavori sono previsti per fine anno 2014.