Собор показывает, насколько был широк и глубок талант итальянского средневекового человека. Итальянский архитектор греческого происхождения Бускето ди Джованни Джудиче, которому было поручено возвести на просторной зеленой лужайке окраины Пизы кафедральный собор, знал, что в это же время в Венеции строится кафедральный собор Сан-Марко. Венецианские купы старались сделать свой собор необычайно красоты и не жалели на него денег. У отцов, хозяев города Пиза, деньги тоже были и не малые. Они получили их в качестве дани с Балеарнских островов. Поэтому задача Бускето заключалась в том, чтобы превзойти по красоте венецианский собор. Архитектор смешал все известные ему стили: византийский, ломбардский и даже восточный.
Строительство началось в 1063 году. По замыслу Бускето на лужайке должен был появиться комплекс: беломраморный пятинефный собор с куполом, баптистерий или крестильня, и ажурная колокольня. Но завершить задуманное Бускето не успел. В 1118 году возведение собора продолжил другой архитектор, Райнальдо. Он не отступил от начатого Бускето, но внес свои элементы — удлинил неф, создал высокие фасады и всё облицевал мрамором — белым, немного черным и серо-голубым. Получилось красочно, дешевле, чем в Венеции, но не менее красиво. В том же году собор был освящен Папой Римским Геласием II, выходцем из Пизы.
Основное возведение собора завершилось в 1150 году. Быстрота строительства объяснялась тщательной обработкой каменных блоков, которые просто ставили друг на друга и скрепляли. У главного собора не было сложных каменных высотных перекрытий, их заменили на деревянные. Быстро работали и мастера, создававшие красочные мозаичные панно над порталами. Скульптурные работы в самом храме осуществлял известный итальянский мастер Никколо Пизано, позднее к нему присоединился его сын Джованни. Их работа — мраморный алтарь со скульптурами и рельефами и величественная статуя Христа. Отделочные работы были закончены в 1260 году.
Собор возводили около 55 лет, тогда как на баптистерий ушло целых 120. Но рекорд по длительности строительства поставила звонница-колокольня, по-итальянски кампанила, больше известная как Пизанская башня. В общей сложности её сооружали 164 года. Её высоту намеревались довести до 100 метров. На последнем ярусе должна была располагаться звонница.
Но архитекторы Боннано Пизано и Вильгельм фон Иннсбрук, которые начинали её строительство, обнаружили, что после третьего яруса башня неожиданно отклонилась от вертикальной оси. Это было заметно невооруженным глазом. Какова дальнейшая судьба обоих архитекторов неизвестно, очевидно, они скрылись из города, боясь наказания. Выправить вертикальное положение башни никому не удалось и работы остановили. К 1233 году надстроили ещё один ярус — их стало четыре. Башня по-прежнему наклонялась, желающих продолжать её строительство не нашлось.
В 1275 году архитектор Джованни ди Симонини рискнул надстроить ещё несколько ярусов. С наклонной стороны он стал увеличить длину колонн. Башня подросла, но её положение не исправилось. Работы опять прекратили. За очередное исправление падающей Пизанской башни взялись в 1350 году. Архитектор Томмазо Пизано завершил строительство — он нарастил ещё один ярус, возвысил его с наклонной стороны и установил звонницу. Теперь высота башни составила 56 метров, на верхнюю смотровую площадку вели 294 ступеньки. Но наклоняться башня от этого не перестала.
В 1990 году башню для посещений туристов закрыли. С северной стороны, противоположной наклону, откачали воду и выбрали 38 кубометров грунта. С 2001 года башня, которая стала символом города, стоит устойчиво, как и собор, она открыта для посетителей.
