Comprendida en el antiguo pueblo, la iglesia de Santa María es el único edificio que se conserva del pueblo medieval, al sur del nuevo asentamiento. La antigua catedral se erige imponente entre las casuchas de modesta altura y pequeñas dimensiones, actualmente restauradas y adecuadas para fines turísticos. Santa María de Tratalias, que solía ser catedral, es uno de los edificios mejor conservados y, por ello, más importantes en el paisaje románico sardo. Su historia está ligada a los acontecimientos de la diócesis de Sulcis, de la cual Tratalias fue sede en 1218 después de Sant'Antioco, a raíz de la despoblación del enclave costero, y antes de su transferencia a Iglesias en 1503. Después de la caída del juzgado (distrito sardo) de Cagliari en 1258, la "villa" de Tratalias pasó a manos de la familia pisana de los señores della Gherardesca, que mantuvieron su posesión, como feudo concedido por los soberanos catalano-aragoneses, incluso después de 1324. Dos inscripciones (1213 y 1282) marcan el principio y el final de la construcción de la catedral: la primera se encuentra en el ábside, y la segunda en el púlpito desaparecido, que antes descansaba sobre el tercer pilar de la izquierda. La iglesia (30 m x 13 m, 12 m aprox. de alto), de piedra sedimentaria y volcánica local, present una planta de tres naves divididas por arcadas de medio punto sobre pilares cuadrangulares modelados en los bordes. El ábside se orienta al noroeste. La cubierta es de madera. La fachada se articula en dos órdenes. El primero se divide en tres espejos: los laterales son lisos, con excepción de dos rombos tallados en negativo, mientras que el del medio está ocupado por el portal, con estípides que sostienen un arquitrabe y un arco de descarga de medio punto rematado por una ceja tallada con motivos vegetales. El esquema se repite en los portales laterales: el del norte es notable por el arco de descarga apuntado y sobre todo por el arquitrabe, donde destacan dos leones enfrentados en relieve. El segundo orden de la fachada tiene un solo espejo en el que se abre el rosetón lobulado. El alzado termina en un frontón con escalera. En ambos órdenes se disponen pequeños arcos sobre ménsulas con temas vegetales, también presentes en los alzados laterales y en el absidal. Estos a su vez reproducen, mediante el uso de lesenas, la misma subdivisión en espejos. Un frontón liso y perforado por una luz cruciforme remata el alzado absidal. A la izquierda y a la derecha al entrar en el aula, se puede ver en la contrafachada dos epígrafes, uno de los cuales lleva el nombre de Guantino Cavallino. En la nave norte, cuelga un tríptico pictórico del siglo XVI.