Le cimetière, qui constitue la toile de fond de la place de la cathédrale du côté nord, a été le dernier monument à être construit. Il a débuté en 1277 sous Giovanni di Simone.

Il a été nommé Campo Santo parce que, traditionnellement, le sol était mélangé à de la terre de Terre sainte, entraînée sur des navires pisans revenant de la 3e croisade. Ce grand bâtiment devait abriter les sarcophages et autres tombes regroupées pendant des siècles autour de la cathédrale. Pour cette raison, en 1277, l'évêque Federico Visconti signa l'acte de donation de ce terrain afin de construire «un espace clos» destiné à servir de cimetière. Au début, il a pris la forme d'une église, dédiée à la Trinité. Les travaux ont été interrompus en partie à cause de la défaite de Pise dans la bataille de Meloria; à sa reprise dans les années 1300, le bâtiment acquit sa forme presque parfaitement rectangulaire avec un cloître central.

Les murs extérieurs sont en marbre blanc uni, avec 43 arcs morts et deux portes. La porte est est l'entrée principale au-dessus de laquelle se trouve un tabernacle gothique, sculpté dans la seconde moitié du XIVe siècle, contenant une statue de la Vierge à l'enfant et quatre saints. À l'intérieur se trouve un cloître avec des arcs gothiques ornés sous lequel se trouvent de nombreux sarcophages romains, autrefois utilisés pour l'inhumation de personnages importants.

En 1360, les fresques du mur des corridors, dont les sujets sont liés au thème de la vie et de la mort, commencent à être travaillées. Entre autres, il y a des œuvres de Buonamico Buffalmacco et Francesco Traini, le premier auteur du célèbre Triumph of Death, et le second d'un crucifix. La «lampe de Galilée», suspendue autrefois dans la cathédrale, est suspendue dans la chapelle d’Aulla; en l'observant, Galilée pensa à la théorie du pendule. Une énorme chaîne accrochée au mur fait partie de ceux qui ont fermé l’entrée du Porto Pisano.

Après la défaite de Pise au Meloria en 1284, les chaînes sont cassées et expédiées à Gênes. Elles ne seront rendues qu’après l’unification de l’Italie.