Самое раннее упоминание о соборе датируется 748 годом, хотя, должно быть, там была более старая епископская церковь, учитывая, что епископ известен в Пизе с 313 года нашей эры. Недавние археологические исследования выявили остатки большого церковного здания, более раннего, чем романский собор, но датируемого только 10-м веком, поэтому здание не упоминается в документах Лонгобарда.

Романский собор на площади Пьяцца деи Мираколи был основан в 1064 году. Согласно традиции, это произошло вскоре после победы Пизы над городом Палермо. До 1100 года работа была направлена ​​архитектором Бушето, но для заключительных этапов, когда неф был удлинен и построен фасад, новым магистром был Райнальдо. В 1118 году собор был освящен папой Геласио II, вероятно, до его завершения.

Церковь построена в форме латинского креста, с центральным нефом, оканчивающимся апсидой, четырьмя проходами и трансептом. Особенностью внешних стен, построенных из мрамора из нескольких мест, является количество повторно используемого материала с архитектурными элементами и надписями римских времен. Северная и южная стены построены из разных видов камня, что соответствует работе при Бушето и завершении при Райнальдо.

Нижняя часть фасада разделена шестью круглыми мертвыми арками, опирающимися на колонны и капители. Две центральные колонны, которые обрамляют главную дверь, вырезаны спиралями листвы. Ромбы под арками и пространства над ними украшены полихромными вставками. Выше фасад состоит из четырех ярусов колоннад, многие колонны которых были заменены в 1500-х и 1800-х годах. Резной фриз над первой галереей с сценами охоты можно отнести к мастерской Гульельмо и Райнальдо.

Бронзовые двери фасада были отлиты различными флорентийскими художниками в 17 веке, но дверь Сан-Раньери в задней части здания, обращенная к башне, была отлита Бонанно Пизано, единственной дверью, выжившей после пожара, около 1180 года. в 1595 году.

Собор имеет форму латинского креста с центральным нефом, оканчивающимся апсидой, четырьмя боковыми проходами и трансептом из трех проходов.
Центральный неф окружен монолитными гранитными колоннами с капителями 11 и 12 веков. Над галереей простирается женская галерея с тройными многомиллионными отверстиями, которые продолжаются вокруг трансепта. Эллиптический купол с фреской Богородицы во славе и святого Орацио Риминальди (1627-1628) проходит по центральному пролету. Позолоченный кофейный потолок над нефом, трансептом и пресвитерией был вырезан Доменико и Бартоломео Аттиччиати между 1596 и 1602 годами.

Четырнадцать окон 15-го века освещают стены нефа, украшенные историями Ветхого Завета.
У трансепта пилястра великолепная кафедра Джованни Пизано (1302-1310). Он имеет восьмиугольную форму с девятью плутеями или панно, на которых вырезаны истории из жизни Христа и Богородицы и Страшного Суда, опираясь на выступы с Пророками и сивиллами и резными капителями, и статуями, символизирующими добродетели Церкви. Вызывает восхищение и большая мозаика в апсиде, в которой Христос благословляет Деву и Иоанна Богослова, работы Франческо и Лапо, с лицом святого Иоанна, завершенным Симабу в 1302 году. Среди средневековых работ Мадонна 13-го века di sotto gli organi, приписываемый Berlinghiero Berlinghieri из Вольтерры, фреска Мадонны с Младенцем Сан-Торпе-Маэстро, на триумфальной арке и мозаичном полу Cosmatesque (середина 12-го века).

На боковых алтарах и в пресвитериях много ценных фресок, картин и предметов обстановки XVI-XVII веков.