L'esposizione si svolge nella chiesa della Madonna del Duomo, costruita tra il 1596 ed il 1606 dall'omonima Compagnia della Visitazione sulla base di un edificio preesistente, destinato ad oratorio.

L'impianto è quello di un edificio sobrio ed elegante, i cui tratti stilistici hanno come riferimento il modello manierista proposto nel 1591 da Bartolomeo Ammannati per la camaldolese Santa Maria in Gradi, solenne esempio ispirato ai principi della Controriforma.

Sulla sommità della tribuna della chiesa, al centro della volta a vela, campeggia l'ovale affrescato con l'episodio della Visitazione di Maria a Sant'Elisabetta, ispirato al Vangelo secondo Luca; l'autore dell'opera è ignoto, ma agli studiosi sembra riconducibile alla scuola di Ulisse Giocchi, artista cinquecentesco che lavorò al ciclo di affreschi di Santa Maria in Gradi.

Oltre a promuovere la costruzione di questa piccola ma monumentale chiesa manierista, la fervida attività caritativa della Compagnia della Visitazione rese possibile la fondazione dell'attiguo Monastero delle Derelitte, le Sorine, semplici terziarie che ospitavano nella clausura giovani orfane ed indigenti per educarle cristianamente, e che che divennero custodi dell'edificio religioso fino alla soppressione leopoldina nel 1784.

Risale al 1732 il restauro della parete di fondo, con l'inserimento dell'affresco nell'altare cinquecentesco scolpito da Santi di Subisso su disegno di Guillaume Marcillat e acquistato dai confratelli della chiesa della Santissima Trinità.

Con la soppressione leopoldina del 1785, chiesa e convento furono venduti a privati; dopo l'acquisto, l'uso privato di chiesa e monastero portò fra alterne vicende alla riattivazione del culto sotto il titolo di Maria Maddalena, fino alla sua definitiva soppressione intorno al 1930.

L'antico oratorio, che sorse per dare un degno luogo di culto all’immagine della Madonna di Santo Stefano, amatissima e perciò salvata dal prete Giovan Battista Pollastra dalla distruzione dell'antica cattedrale del Pionta, fu anche sede della Compagnia fin dal 1565.

Dei primi quattro confratelli Pollastra fu cappellano e guida spirituale, ma la congregazione fu in seguito detta Compagnia del Tredici per l'accresciuto numero dei suoi operai.

L'esatta trasposizione degli elementi scultorei e decorativi è riconducibile all'operato del fiorentino Matteo Betti, noto scalpellino, che lavorò molto nel territorio aretino nei primi anni del Seicento.

Fino ad allora il termine "Duomo Vecchio" si riferiva ad un complesso di edifici vescovili, un tempo situati fuori dalle mura cittadine.

L'antica cittadella fortificata racchiudeva la cattedrale paleocristiana di Santo Stefano e di Santa Maria, il tempio di San Donato ed altri edifici sacri, tutti demoliti radicalmente nel 1561 per ordine di Cosimo I de'Medici.

Le insegne della Visitazione e del Duomo Vecchio sono rappresentate nella coperta del manoscritto della Regola delle Derelitte, approvata dal vescovo De' Ricci nel 1631.

La monumentale scultura fu successivamente arricchita con il Trionfo del Padreterno Benedicente fra Cherubini e con due Putti alati a sostegno della corona regale, opere barocche di Giovan Battista Neuroni, noto per le decorazioni a stucco dell'abside di S.Ignazio.

L'attuale proprietà ne ha promosso il restauro conservativo sotto la direzione della Soprintendenza di Arezzo.

L’esposizione temporanea “Il Duomo della Madonna”, organizzata dalla Soprintendenza per i Beni Storici ed Artistici di Arezzo insieme all’ Associazione Culturale Madonna del Duomo, riunisce opere normalmente esposte presso il Museo d’arte Medievale e Moderna attorno all’affresco rappresentante la Madonna della Rosa, che le fonti attribuiscono a Spinello Aretino. L'esposizione include cinque affreschi riferiti a Parri Spinelli, quanto resta di un tabernacolo, affrescato dal pittore attorno al 1440, e della statua rappresentante San Sigismondo, opera del Maestro di San Michele, tutti provenienti dall’area del Pionta dove sorgeva il “Duomo Vecchio”, distrutto nel 1561. Dalla demolizione è stato preservato l’affresco della Madonna della Rosa, per la grande devozione di cui godeva:  fu staccato con grandi spese e, alla fine del XVI secolo, fu eretta per custodirlo la chiesa della Visitazione a S. Elisabetta, o chiesa della Madonna del Duomo, che la tradizione vuole pensata da Vasari; la Madonna della Rosa fu inserita, nel corso del Settecento, nel monumentale altare realizzato da Santi Subisso su disegno del Marcillat, arricchito in un secondo momento da decorazioni a stucco attribuibili a Giovan Battista Neuroni.