1063년 부스케투스의 설계로 착공, 1118년에 헌당식(獻堂式)을 올렸고, 1272년 이후에 라이날두스에 의해 회당부(會堂部)가 서쪽으로 연장(延長)되었다. 전체는 어느 것이나 바실리카풍의 단면(斷面)을 가진 5회랑식(五廻廊式) 회당부와, 좌우의 익랑(翼廊)으로 된 라틴 십자(十字) 플랜을 나타내며, 교차부(交叉部)에는 드물게 보이는 타원형의 원개(圓蓋)를 올려놓았다.
대리석의 가로무늬 모양의 석조물 배합이 선명한 외부는 전면에 장식적인 둥근지붕이 있는 복도와 측주(側柱)를 둘러쳤으며, 서쪽 정면(正面)의 상부 4층은 개방된 열주(列柱)로 장식되었다. 대성당의 앞에 독립해서 세워진 세례당(洗禮堂)은 디오티살비의 설계에 의해 1153년에 착공되었으며, 2층의 회랑을 가진 내부는 원추상(圓錐狀)의 궁륭(穹
)의 천장으로 덮이고, 이것을 외부의 원개가 싸안은 특수한 이중구조로 되었다. 고딕풍의 외관은 N.피사노도 협력했다고 전하는 13세기의 개장(改裝)에 의한 것이다. 대성당의 배후에는 ‘피사의 사탑’으로서 이름높은 종탑(鐘塔:캄파닐레)이 있다.