Il grande ciclo di affreschi che Cimabue e la sua bottega dipingono tra il 1288 e il 1290 nella zona dell'altare della chiesa superiore della Basilica di San Francesco, durante il pontificato di Niccolò IV Masci, il primo papa francescano. Nell'abside sono le Storie della Vergine; nel transetto sinistro una prima Crocifissione e le Visioni dell'Apocalisse; nel transetto destro una seconda Crocifissione e le Storie dei santi Pietro e Paolo; sulle vele della crociera c'erano gli Evangelisti. È probabilmente il lascito più importante di Cimabue, anche se è stato gravemente danneggiato dall'alterazione dei colori e dal terremoto del 1997.
Cimabue lavora in entrambe le chiese della basilica, ma della chiesa inferiore resta poco, tra perdite e ridipinture pesanti. Come in ogni grande ciclo ad affresco, il lavoro è collettivo: il maestro interviene soprattutto nelle scene principali, mentre le parti secondarie, su suo disegno, sono della bottega e di qualità minore. Anche queste, però, sono preziose per capire la sua cultura: le fasce decorative con girali, Putti decorativi (fasce decorative della basilica di San Francesco) ed elementi architettonici di gusto classico ricordano il soggiorno romano del pittore, che a Roma aveva studiato l'arte antica e conosciuto quella del suo tempo.
Nel terremoto è crollata la vela della crociera con san Matteo; resta fra le altre quella con san Marco, dove l'Italia è simboleggiata da una veduta di Roma: vi si riconoscono il Pantheon, Castel Sant'Angelo e la Torre delle Milizie.
Il momento più alto è la Crocifissione (transetto sinistro, basilica superiore di San Francesco) del transetto sinistro. Cristo è colto nell'ultimo spasimo; dal cielo scendono schiere di angeli, e ai piedi della croce prega in ginocchio san Francesco. Sotto, due gruppi si oppongono: a sinistra chi piange Gesù, con la Maddalena protesa verso di lui in un gesto disperato; sul lato opposto chi lo ha condannato, sacerdoti ebrei e militari di Roma; uno di questi, Longino, afferra il drappo che cinge i fianchi di Gesù. Due diagonali, sottolineate dal volo degli angeli e dalle braccia delle figure, si incrociano a metà della croce e danno alla scena un dinamismo drammatico. L'espressione intensa dei volti, il dolore concreto dei gesti e il rilievo ottenuto con forti chiaroscuri mostrano la forza innovativa di Cimabue.
Oggi l'affresco è quasi irriconoscibile: la biacca usata per schiarire i colori si è ossidata e le luci sono diventate nere, così che l'immagine appare come un negativo fotografico.