"Sorge isolata da ogni parte la cattedrale, nel grande piano silenzioso e verde, chiuso dalle mura merlate della città medioevale, che in quella solitudine elevò mirabili monumenti della sua vita passata […] In quell'isolamento, la cattedrale candida, aperta alla vista da ogni parte, sembra modellata e compiuta con un vasto e omogeneo atto creatore"
lo storico dell'arte Pietro Toesca coglie l'impressione di forza e d'armonia che il duomo trasmette. L'edificio è frutto di una straordinaria sapienza umana sostenuta da una forte coscienza civica e da una fede religiosa capace di modellare una civiltà. E una cattedrale non nasce per incanto, ma costituisce un punto d'arrivo, un approdo consapevole.
L'importanza assegnata dai Pisani alla costruzione della Cattedrale è leggibile nelle epigrafi tuttora murate in facciata: la lapide del vescovo Guido, che ne iniziò la costruzione, resa possibile dal favoloso bottino fornito ai Pisani dal saccheggio di Palermo del 1063, quella di Buschetto, il primo geniale architetto, in cui l'edificio è definito "tempio di marmo bianco come la neve", e quella relativa alle imprese antisaracene di Reggio, Sardegna e Bona, in Africa.
Fondata nel 1064 e consacrata con grande solennità il 26 settembre del 1118, la costruzione della Cattedrale conobbe due fasi, legate rispettivamente agli architetti Buscheto, cui si deve l'impianto originario con corpo basilicale a cinque navate, transetto a tre navate e cupola sulla crociera, e Rainaldo, responsabile del prolungamento dell'edificio e della facciata. La costruzione fu definitivamente conclusa soltanto nell'ultimo quarto del XII secolo, quando, nel portale centrale, furono collocati i battenti bronzei di Bonanno, andati perduti nel devastante incendio del 1595, a seguito del quale furono effettuate numerose sostituzioni di opere distrutte ed avviato un vasto programma decorativo.
Il Duomo presenta nel suo paramento esterno contrastate cromie bianco-nere, sia a zone sia a fasce, di matrice araba, ed un uso massiccio di materiali di reimpiego provenienti da monumenti d'età romana, allo scopo di sottolineare la grandezza della città di Pisa, "altera Roma". Elementi decorativi quali losanghe, un grifone bronzeo di manifattura islamica sul culmine del tetto, ed altri "orientalismi", come la cupola a pianta ellittica, radicati nella cultura mediterranea della città e dell'architetto, danno forma e colore ad un monumento straordinariamente nuovo ed antico al tempo stesso.
L'interno presenta la navata centrale delimitata da due file di colonne monolitiche in granito dell’Isola d’Elba, fiancheggiata da quattro navatelle, spartite da colonnati di minori dimensioni, sopra le quali si estendono vasti matronei, coperti da volte a crociera e affacciati sulla navata centrale per mezzo di bifore e quadrifore. Copre la navata centrale un soffitto ligneo a cassettoni che ha sostituito, nel XVII secolo, le originarie capriate a vista.
Ricco e sontuoso è l'apparato decorativo della Cattedrale pisana, il cui sviluppo è legato ad una storia spesso tormentata, segnata da eventi talvolta calamitosi, che trovano il culmine nell’incendio del 1595. Delle importanti commissioni che andarono a integrare l’arredo della Cattedrale nella prima metà del Trecento restano così la decorazione musiva dei catini absidali - in cui si deve a Cimabue la figura di San Giovanni Evangelista (1302 ca.), il nuovo pulpito (1302-1310) di Giovanni Pisano e lo smembrato monumento sepolcrale dell’imperatore Arrigo VII (1315), un tempo al centro dell’abside, sulle cui vicende costruttive si è tentato di far luce con il progetto Un monumento per l'Imperatore.
