"Die Kathedrale erhebt sich ganz und gar isoliert auf der großen und ruhigen Grünfläche, umschlossen von der zinnenbewehrten Mauer der mittelalterlichen Stadt, welche in jener Einsamkeit wundervolle Monumente ihres vergangenen Lebens errichtete [...] In dieser Isolation scheint die strahlend weiße Kathedrale, von allen Teilen her sichtbar, durch einen großen und homogenen schöpferischem Akt geformt und vollendet worden zu sein."
Der Kunsthistoriker Pietro Toesca erfasst den Eindruck von Kraft und Harmonie, der vom Dom ausgeht. Das Bauwerk ist das Ergebnis außerordentlicher menschlicher Kenntnisse, unterstützt von einem starken Bürgersinn und einem religiösen Glauben, der in der Lage ist eine Kultur zu formen. Und eine Kathedrale entsteht nicht wie durch Zauberhand, sondern stellt einen Endpunkt, ein bewusstes Ziel dar.
Wie wichtig den Pisanern der Bau der Kathedrale war, lässt sich aus den Inschriften ersehen, die nach wie vor in die Fassade eingemauert sind: Die Gedenktafel für den Bischof Guido, der mit ihrer Errichtung begann, die durch die enorme Beute der Pisaner nach der Plünderung Palermos im Jahr 1063 möglich wurde; das Grab von Buscheto, der erste geniale Architekt, auf dem das Gebäude als "Gotteshaus aus schneeweißem Marmor" definiert wird, sowie jene Inschrift, die sich auf die Unternehmungen gegen die Sarazenen in Reggio, Sardegna und Bona in Afrika bezieht.
Die Errichtung des Doms, der 1064 gegründet und am 26. September 1118 mit großer Feierlichkeit geweiht wurde, geschah in zwei Phasen, die jeweils an die Architekten Buscheto und Rainaldo gebunden sind. Ersterem ist die originale Anlage einer fünfschiffigen Basilika mit dreischiffigem Querhaus und der Kuppel über der Vierung zu verdanken, während Rainaldo für die Verlängerung des Bauwerks und die Fassade verantwortlich ist. Der Bau wurde erst im letzten Viertel des 12. Jahrhunderts endgültig abgeschlossen, als die bronzenen Türflügel von Bonanno in das Hauptportal eingesetzt wurden. Sie gingen beim verheerenden Brand von 1595 verloren, nach welchem man zahlreiche zerstörte Kunstwerke ersetzte und ein umfangreiches Ausstattungsprogramm in die Wege leitete.
An der Außenwand des Doms sind schwarze und weiße Elemente kontrastierend nebeneinander gesetzt, sowohl als Felder, als auch als Streifen arabischen Ursprungs. Dazu kommt eine massive Verwendung von antikem Material, das von Monumenten aus römischer Zeit stammte und wiederverwendet wurde, um die Größe der Stadt Pisa, das "zweite Rom", zu unterstreichen. Dekorative Elemente wie Rauten, ein bronzener Greif islamischer Manufaktur auf der Dachspitze und andere "Orientalismen" wie die ovale Kuppelform, die in der Mittelmeerkultur von Stadt und Architekt verwurzelt waren, geben einem Monument Form und Farbe, das gleichzeitig antik und außergewöhnlich neu ist.
Im Inneren wird das Mittelschiff von zwei Reihen monolithischer Granitsäulen von der Insel Elba abgegrenzt, zu deren Seiten sich vier kleinere Seitenschiffe anschließen. Darüber befinden sich die großen Emporen, bedeckt von Kreuzgewölben und durch Zwei- und Vierbogenfenster zum Mittelschiff hin geöffnet. Das Mittelschiff selbst ist von einer hölzernen Kassettendecke bedeckt, welche im 17. Jahrhundert den originalen offenen Dachstuhl ersetzte.
Reichhaltig und prächtig ist die Ausstattung des Pisaner Doms, deren Entstehung mit der oft qualvollen Geschichte in Verbindung steht, die zum Teil von unheilvollen Ereignissen gezeichnet ist, welche mit dem Brand von 1595 ihren Höhepunkt erreichen. Von den wichtigen Auftragswerken, die die Ausstattung der Kathedrale in der ersten Hälfte des 14. Jahrhunderts vervollständigten, bleiben so noch das Mosaik in der Apsis - bei dem die Figur vom Evangelisten Johannes dem Künstler Cimabue zu verdanken ist (ca. 1302) -, die neue Kanzel (1302-1310) von Giovanni Pisano und ein Teil des ursprünglich größeren Grabmals des Kaisers Heinrich VII. (1315), das einst in der Mitte des Chorraums stand und über dessen Entstehungsgeschichte man versucht hat mit dem Projekt Ein Grabmal für den Kaiser Klarheit zu gewinnen.
