Die Kirche oder das Gotteshaus San Fortunato befindet sich unweit von der Rocca an der Stelle, die in der Antike als Akropolis der Stadt galt. Das heutige Gebäude bezeugt die zahlreichen Bauphasen, die es kennzeichnen: angefangen bei der etruskisch-römischen, von der die Löwen am Eingang sowie die beiden Kapitelle, die zu Weihwasserbecken umgewandelt wurden stammen, über die erste Bauphase im romanischen Stil, die in etwa auf das Jahr 1198 zurückgeht und den Vallombrosanermönchen zu verdanken ist, bis zum definitiv aus der Gotik stammenden Teil, dessen Arbeiten 1292 begannen und zwei Jahrhunderte später endeten.
Ein wichtiger Beweis für diese Arbeiten ist die Fassade, die sich über einer monumentalen Treppe erhebt. Sie blieb aufgrund des Todes des Meisters Giovanni di Stantuccio da Firenzuola, der mithilfe seines Neffen Bartolo d’Angelo an dem Projekt arbeitete, unvollendet. Die zahlreichen Kriege mit den umliegenden Gemeinden, allen voran mit Orvieto, ließen in weitere Folge die Gemeindekassen leer werden, weshalb zum Beenden der Arbeiten keine finanziellen Mittel mehr zur Verfügung standen.
Der untere Bereich der Fassade besteht aus drei Teilen, die den drei Schiffen im Inneren entsprechen und über weitere Eingangstore verfügen. Das interessanteste aller Tore ist das Haupttor. Die Dekoration besteht aus wertvollen, spiralförmigen Säulen und Flachreliefs, die an der linken und rechten Seite die Apostel, einige Heilige (darunter Degna, Romana und Cassiano, deutsch Kassian, dessen sterbliche Überreste in der Kirche verwahrt werden), Engel, biblische Propheten, der Hl. Fortunato, die Stigmata des Hl. Franziskus, die Verkündigung und die Opferung Isaaks darstellen. Sie alle sind umgeben von symbolischen Blumenmustern wie Wein, Symbol des Guten, und Feigen, Symbol des Schlechten, aber auch von Drachen und Schlangen, die ebenfalls für das Schlechte stehen.
Der Innenraum der Kirche zeichnet sich durch drei Schiffe aus. Sie alle verfügen über dieselbe Höhe, wobei die Seitenschiffe etwas schmaler sind als das Hauptschiff, entsprechend dem Modell der Hallenkirche jenseits der Alpen. Die eleganten, gerippten Säulen stützen die Abdeckung mit Kreuzgewölben, unter denen sich an den Seiten der Schiffe dreizehn erhöhte Kapellen eröffnen. Die vierte Kapelle an der rechten Seite beherbergt das Teilstück aus dem Fresko Madonna mit Kind und Engeln von Masolino da Panciale (1432), während sich in der fünften Kapelle links Reste von Fresken der Giotto-Schule mit Szenen aus dem Leben des Hl. Johannes des Täufers befinden.
In der Mitte des Gebäudes ist die Statue des Hl. Fortunato zu sehen, in deren Hintergrund sich der Chor aus Nussholz mit wunderbaren Einlegearbeiten von Antonio Maffei da Gubbino eröffnet. Der Chor stammt aus dem Jahr 1590 und bedeckt die Gesamte mittlere Apsis.
Die Krypta unter dem Altar beherbergt einen einzigen, monumentalen Sarg, in dem sich die sterblichen Überreste der Heiligen Kassian, Kallistus, Fortunato, Romana und Degna befinden, wohingegen in der angrenzenden Sakristei seit 1432 der bekannte Jacopone da Todi begraben ist.
Über die Sakristei gelangt man außerdem zum Glockenturm der Kirche, von dem aus sich ein wunderbarer 360-Grad-Ausblick auf die ganze Stadt ergibt.