E’ l’ultima opera di Francesco Gallo, iniziata nel 1743 e terminata nel 1763, in seguito alla morte del Gallo (1750), dall’architetto Bernardo Vittone, che seguì quasi interamente il progetto originario. S. Donato fu costruita al posto della gotica Chiesa di S. Francesco, ritenuta nel 1700 inadeguata al ruolo di cattedrale.
Parte del chiostro della vecchia chiesa è rimasto attiguo al nuovo edificio e contiene, oltre al portale della cattedrale rinascimentale che fu distrutta per far posto alla cittadella, alcuni affreschi quattrocenteschi.
La facciata di S.Donato è in pietra arenaria, caso praticamente unico nelle opere del Gallo, che prediligeva l’uso dei mattoni; è accentuata la verticalità della struttura, tanto cara al Gallo; sul portone principale trovano posto tre sculture: S. Donato Vescovo, la Fede e la Carità.
L’interno è a tre navate e 8 cappelle, sei lungo le navate e due ai lati dell’altare maggiore, il tutto scandito da colonne in marmo bigio delle cave di Franosa, con base in verzino di Frabosa.
A parte alcune tele più antiche, quali ad esempio “Il miracolo di Torino” di Hartmann, nella Cappella di S: Giuseppe, la decorazione pittorica è opera della seconda metà dell’ ‘800, realizzata tra il 1850 e il 1860 da numerosi artisti, molti dei quali locali.
Nell’abside troviamo “Il martirio di S. Donato”, del Morgari, e nel catino del presbiterio “La Glorificazione della Vergine” con S. Donato e S. Pio V, ex Vescovo di Mondovì. Molto venerata è la Madonna è la Cappella del Crocifisso. Il Cristo in croce è una pregevole opera settecentesca in alabastro del torinese Giuseppe Giudice, mentre gli affreschi della volta sono opera di Dongiovanni da Pianfei, attivo anche alla corte di Prussia.
Per le sculture, si segnala il fonte battesimale, entrando a destra, sovrastato da una scultura in marmo verzino “fiammato” (non lucido), opera di Quadrone: simmetricamente di fronte, una statua dell’Immacolata in marmo di Carrara con base in verzino.
Pregevole il crocifisso ligneo ottocentesco dell’altar maggiore, opera di Roasio da Bardineto, che adattò pure al duomo il coro ligneo della certosa di Casotto, scolpendo gli stalli mancanti. Le vetrate delle finestre sono in pregiato cristallo di Boemia, su espressa indicazione del Gallo, che disegnò minuziosamente pure gli altari.