La cathédrale de Palerme (italien : Duomo di Palermo, sicilien : Catidrali di Palermu), dans sa forme longue basilique cathédrale primatiale métropolitaine de l'Assomption-de-la-Vierge-Marie (Basilica Cattedrale Metropolitana Primaziale della Santa Vergine Maria Assunta), est une église catholique romaine du XII^e siècle, dédiée à Notre-Dame de l'Assomption, de style arabo-normand propre à la Sicile, située à Palerme, capitale de la région italienne de Sicile. Elle est le siège archiépiscopal de l'archidiocèse métropolitain de Palerme.

La cathédrale fut construite au XII^e siècle par l'archevêque normand de Palerme Gautier Ophamil, à l'emplacement d'une très ancienne basilique de l'empire romain transformée en mosquée au IX^e siècle par les Arabes. Les tours datent des XIV^e et XV^e siècles et le porche gothique catalan du XV^e siècle. La nef baroque fut élargie à la fin du XVIII^e siècle.

Le couronnement du premier roi de Sicile Roger II de Sicile y fut célébré à Noël 1130.

La cathédrale contient les sépultures de l'empereur Frédéric II du Saint-Empire et de son épouse Constance d’Aragon ; du roi Roger II de Sicile qui au XII^e siècle fut à l’origine du royaume de Sicile ; de sainte Rosalie de Palerme, patronne de la ville.