Die Kathedrale der Geburt der Heiligen Jungfrau Maria in Tarnów ist seit ihrer Gründung eng mit der Geschichte der Stadt verbunden. Sie diente zunächst als Pfarrkirche, ab 1400 als Stiftskirche und seit der Gründung der Diözese Tarnów im Jahr 1786 als Kathedralkirche. 1972 wurde ihr mit der Bulle des Papstes Paul VI. der Ehrentitel einer Basilica minor verliehen. Seit 2006 trägt die Kathedralbasilika den Titel Sanktuarium der Schmerzensmutter. Mit der wachsenden Bedeutung der Kirche nahm auch ihre Größe zu. Der älteste Teil, der zweifelsohne unmittelbar nach der Stadtgründung errichtet wurde, bildet das heutige Hauptschiff. Im 19. Jh. wurde die Kathedrale mehrmals umgebaut. Während der ersten Umbauphase wurden die Seitenkapellen auf der Nord- und Südseite miteinander verbunden und zu Seitenschiffen umgestaltet, so dass die Kirche ihre dreischiffige Form erhielt. Ihr heutiges Aussehen verdankt die Kirche dem zweiten Umbau Ende des 19. Jh. Dabei wurde der Chor verlängert und der Turm auf seine heutige Höhe erhöht. All dies geschah im Geiste der damals modischen Neugotik. Das Innere der Kirche betreten wir vom Domplatz aus durch die südliche Vorhalle. In der Vorhalle befinden sich ein Denkmal zum 2000. Jubiläum des Christentums sowie historische Epitaphe, ein Weihwasserbecken aus dem 17. Jh., ein Glasfenster mit der Anbetung der Heiligen Drei Könige aus dem Jahr 1894 und eine historische Metalltür aus dem 16. Jh., die die Rückseite der Bronzetür bildet. Das Südportal ist ein herausragendes Kunstwerk im Stil der Gotik und der Renaissance mit reichen ornamentalen und figuralen Schnitzereien. Es stammt aus der Zeit nach 1511 und wurde nach Vorlage eines Holzschnitts von Albrecht Dürer aus demselben Jahr geschaffen. Zwei Wappen, Leliwa und Sternberg, erinnern an die Großeltern von Hetman Jan Tarnowski (1488–1561), d. h. an Jan von Tarnów und seine Frau Elisabeth von Sternberg in Mähren, die Stifter der Stiftskirche von Tarnów. Das Hauptschiff der Kathedrale entstand durch Verbindung mehrerer ehemaliger Kapellen. Fragmente von gotischen und Renaissance-Wandmalereien aus den Jahren 1514–1526 in der ehemaligen Kapelle Unserer Lieben Frau vom Skapulier zeigen Szenen aus dem Marienleben (Verkündigung, Geburt Jesu, Anbetung der Heiligen Drei Könige, Vorstellung im Tempel) und Passionsszenen (Gefangennahme, Urteil des Kaiphas und Geißelung). Hier befindet sich auch der Eingang zur Krypta mit den Zinnsarkophagen des Fürsten Janusz Ostrogski und seiner Gattin Zuzanna. Das Grabmal für Barbara Tarnowska geb. Tęczyńska (+1521), die erste Ehefrau des Hetmans Jan Tarnowski, befindet sich an der Westwand des Kirchenschiffs und wurde nach 1536 von dem italienischen Bildhauer Giovanni Maria Padovano geschaffen. Es ist ein Meisterwerk der Renaissance-Grabplastik vom europäischen Rang. Das Grabmal wurde aus Sandstein und rotem Marmor gefertigt. Es ist eine Stiftung von Hetman Tarnowski. Von besonderem Interesse für Kunsthistoriker ist die Figur der verstorbenen Barbara. Sie wird als „die schönste figürliche Plastik der Renaissance in Polen“ und sogar als „eine der schönsten weiblichen Figuren der Renaissanceplastik in ganz Europa“ bezeichnet. Der neugotische Musikchor stammt aus dem Jahr 1897, die beiden Steinfiguren auf seiner Balustrade wurden von dem Krakauer Bildhauer Zygmunt Langman (1924) geschaffen. Es handelt sich um die hl. Cäcilia, frühchristliche Märtyrerin, Schutzpatronin des Gesangs und der Kirchenmusik, und um den heiligen Papst Gregor den Großen, den Begründer des nach ihm benannten Gregorianischen Chorals. Die neobarocken Seitenaltäre stammen aus dem 19. Jh.