De vroegste vermelding van de kathedraal dateert uit 748, hoewel er een oudere kerk van de bisschop moet zijn geweest, gezien het feit dat een bisschop bekend is in Pisa vanaf 313 na Christus.Recent archeologisch onderzoek onthulde de overblijfselen van een groot kerkelijk gebouw, eerder dan de Romaanse kathedraal, maar alleen daterend uit de 10e eeuw, daarom niet het gebouw dat wordt genoemd in Longobard -documenten.

De Romaanse kathedraal in Piazza Dei Miracoli werd opgericht in 1064. Traditie vertelt dat dit kort na de overwinning van Pisa op de stad Palermo was.Tot 1100 werd het werk geregisseerd door de architect Buscheto, maar voor de laatste fasen, toen het schip werd verlengd en de gevel bouwde, was de nieuwe magister Rainaldo.In 1118 werd de kathedraal ingewijd door paus Gelasio II, waarschijnlijk vóór voltooiing.

De kerk is gebouwd in de vorm van een Latijns kruis, met een centraal schip dat eindigt in een apse, vier gangpaden en een transept.Een specifiek kenmerk van de externe muren, gebouwd van marmer van verschillende plaatsen, is de hoeveelheid hergebruikt materiaal, met architecturale elementen en inscripties van de Romeinse tijd.De noord- en zuidmuren zijn gebouwd in verschillende soorten steen, overeenkomend met werk onder Buscheto en voltooiing onder Rainaldo.

Het onderste deel van de gevel wordt gedeeld door zes ronde dode bogen die op kolommen en hoofdsteden rusten.De twee centrale kolommen die de hoofddeur flankeren, zijn gesneden met gebladerte spiralen.De rhombs onder de bogen en de ruimtes erboven zijn versierd met polychrome -inleg.Hierboven is de gevel georganiseerd in vier lagen van colonnades, waarvan vele kolommen werden vervangen in de jaren 1500 en de 19e eeuw.De gesneden freize boven de eerste galerij, van jachtscènes, kan worden toegeschreven aan de workshop van Guglielmo en Rainaldo.

De bronzen deuren van de gevel werden gegoten door verschillende Florentijnse kunstenaars in de 17e eeuw, maar de San Ranieri -deur aan de achterkant, tegenover de toren, werd rond 1180 gegoten door Bonanno Pisano, de enige deur die het vuur overleefdein 1595.

De kathedraal is gevormd Likea Latin Cross, met een centraal schip dat eindigt in een Apse en vier zijbaden en een transept van drie gangpaden.
Het centrale schip is flankedby monolithische granieten pilaren met 11e en 12e -eeuwse hoofdsteden.Een damesgalerij loopt hierboven, met drievoudige mulloned openingen die doorgaan rond het transept.De eliptische koepel, met een fresco van de Maagd in glorie en Saintsby Orazio Riminaldi (1627-1628) schept de centrale overspanning.De vergulde cofferedceiling over het schip, transept en pastorie werd gesneden door Domenico en Bartolomeo Atticciati tussen 1596 en 1602.

Veertien 15e -eeuwse ramen verlichten de muren van het schip, versierd met verhalen van het Oude Testament.
Door de transept Pilaster is de prachtige preekstoel van Giovanni Pisano (1302-1310).Het is achthoekig van vorm, met negen plutei of panelen gesneden met verhalen uit het leven van Christus en de Maagd en het laatste oordeel, rustend op richels met profeten en sybils en gesneden hoofdsteden, en beelden die de deugden van de kerk symboliseren.Ook bewonderenswaardig, is het grote mozaïek in de apsis, van Christus zegenen met de maagdelijke en St. Johannes de evangelist, het werk van Francesco en Lapo, met het gezicht van St. John in 1302 door Cimabue voltooid. Onder middeleeuwse werken zijn de 13e -eeuwse Madonna -werken in de 13e eeuw Madonna.Di Sotto Gli Organi, toegeschreven aan Berlinghiero Berlinghieri uit Volterra, een fresco van de Madonna and Child door de San Torpè Maestro, op de Triumphal Arch en de Cosmate Marble Inlay -vloer (midden 12e eeuw).

Er zijn veel waardevolle fresco's, schilderijen en 16e tot 17e -eeuwse meubels op de zijaltaren en in de pastorie.