Bazilika San Petronio je zasvěcená patronce města a nachází se na Piazza Maggiore. Je největším a nejvýznamnějším kostelem v Bologni. Stavba baziliky začala v roce 1390 pod dohledem Antonia di Vincenza. Interiér byl vyzdoben umělci, jako je Francesca Francia, Lorenza Costa, Parmigianino a Donato Credi.
Slavná je Hudební kaple San Petronio, kde najdete stále funkční varhany, které postavil kolem roku 1470 Lorenzo da Prato. Známé jsou také sluneční hodiny od astronoma Cassiniho, které měří 67,27 metrů a jsou nejdelšími na světě.
