Il Duomo di San Gaetano in Santa Maria Assunta è l'edificio religioso più importante di Thiene. La Chiesa è stata eretta probabilmente sulle fondamenta dell'antica Pieve, prima chiesa della comunità.
Nel corso dei secoli, la Pieve aveva assunto un ruolo fondamentale per questo territorio, e più volte è stata modificata e ampliata.
La Chiesa è nominata per la prima volta in un documento del 1166 che cita Tisone, il primo arciprete della Pieve di Santa Maria. Dopo vari interventi, nel 1625 fu demolita "a furor di popolo" per lasciar spazio ad un edificio più grande, necessario al notevole aumento della popolazione.
In documenti d'archivio risulta che nel 1630 era già funzionante. Nel 1658 vi fu la solenne inaugurazione.
La Chiesa è stata ricostruita con un'unica navata, ma nel periodo tra il 1911 e il 1932, furono aggiunti due navate laterali e il transetto. Fu ampliato il presbiterio e innalzata la cupola sorretta da otto colonne ioniche di marmo.
Nel 1932, la nuova chiesa fu finalmente inaugurata, ma la seconda guerra mondiale interruppe i successivi lavori fino al 1949.
Nel 1963, i lavori di rinnovamento terminarono con l'aggiunta di bellissimi affreschi sui pennacchi della cupola, sull'arco trionfale e sulla parete del presbiterio.
Il prezioso soffitto a cassettoni è stato realizzato alla fine del 1700 da Ottone Calderari. Fra le opere preziose conservate nella chiesa, va ricordata la tela di Sebastiano Ricci "Salomone parla alla folle".
A fianco della chiesa, nell'edificio dove ha sede la canonica, è ospitato il Museo d'Arte Sacra. Il museo è stato realizzato per volontà dell'arciprete don Angelo Rigoni e inaugurato il 15 marzo 1999.
Il museo è nato per raccogliere in un unico luogo paramenti sacri finemente lavorati, icone, oggetti liturgici, creati soprattutto nelle botteghe veneziane.
Tali oggetti sono stati conservati nel corso degli ultimi tre secoli e custoditi gelosamente nella Sagrestia del Duomo e nei depositi della Canonica.
Il museo si compone di una sala principale e di due salette, dove le opere sono esposte per tipologie e riti religiosi.
Nella sala principale, in un'ampia vetrina al centro, occupa il posto d'onore un prezioso e splendido baldacchino in seta, ricamato con fili d'oro e tessuto a Venezia nel 1771.
Il baldacchino è sostenuto da sei aste d'argento con foglia d'oro realizzate da una bottega artigiana di Brescia. Nella prima saletta è esposta un'interessante serie di icone russe e orientali, e nelle vetrine vi sono le vesti liturgiche del Sacerdote e i panni per l'altare, in cotone e lino, con preziosi e raffinati ricami.
La saletta degli argenti custodisce calici e altri oggetti liturgici eseguiti da esperti orafi del territorio della Serenissima nel Settecento.
