Der 1118 geweihte Dom in Form eines lateinischen Kreuzes ist das Meisterwerk pisanisch-romanischer Architektur. Spektakulär die Fassade mit vier Galerien feingliedriger Marmorsäulen, die Bronzetüren vorne und hinten mit Szenen aus dem Neuen Testament sowie die ovale Kuppel. Sie ist im Inneren mit byzantinischen Mosaiken geschmückt. Bemerkenswert sind auch die zweifarbigen Spitzbögen, die beidseitig das Langhaus durchziehen, die gotische Kanzel von Giovanni Pisano (1301-1311) mit szenischen Reliefs, das Grabmal des deutschen Kaisers Heinrich VII. sowie der Bronzeleuchter, mit dessen Hilfe Galileo Galilei dem Geheimnis der Pendelbewegung auf die Spur gekommen sein soll.