Будівництво головного собору Пізи почалося в XI столітті майже одночасно з реконструкцією Базиліки Святого Марка в Венеції. Головним завданням Пізанських будівельників було якщо не перевершити своїх венеціанських конкурентів, то хоча б не вдаритися в бруд обличчям. І собор вийшов на славу.
Гроші на будівництво були здобуті в ході знаменитої військової кампанії проти сарацинів в Палермо. Коштів з лишком вистачило на величезний і багато прикрашений собор. Освячував пізанський Дуомо в 1118 році сам папа римський Геласій II, до речі, уродженець Пізи.
За місцевою легендою, Галілео Галілей сформулював свою теорію про рух маятника, спостерігаючи за тим, як розгойдувалася з боку в бік звисаюча зі стелі пізанського собору лампа.
Внутрішнє оздоблення Кафедрального собору дивним чином нагадує велику османську мечеть. Напевно, у цьому винний смугастий декор колон, безліч напівкруглих арок і незвичайний еліптичний купол. Масивні колони, встановлені між нефом і апсидою, і правда були привезені в Пізу зі зруйнованої мусульманської мечеті в Палермо.
Перлина собору - монументальна мозаїка «Христос у славі з Богоматір'ю і Святим Іоанном Богословом» в головній апсиді. Вона була створена в 1302 році і дивом уціліла під час пожеж. Лик Христа написаний самим Чімабуе - видатним майстром сієнського малярського осередку. Це була його остання робота.
Ще одна важлива пам'ятка собору - різьблена кафедра роботи Джованні Пізано, один з кращих зразків італійського середньовіччя. Під час однієї з перебудов храму вона була замурована в стіну і відкрита знову тільки в 1926 році. Інші скарби Кафедрального собору зберігаються в Музеї Дуомо.