Il Duomo di Lucca, intitolato a San Martino, è stato fondato secondo la tradizione da S. Frediano nel VI sec. Ricostruito nel 1060 dal vescovo della città Anselmo da Baggio (futuro papa Alessandro II) l'edificio viene successivamente rinnovato tra il XII e il XIII sec.

La facciata, ispirata a quella del Duomo di Pisa, ma arricchita da elementi autonomi ed originali propri del Romanico lucchese, è firmata da Guidetto da Como e datata 1204.
Al piano terra si apre un profondo porticato a tre ampie arcate sorrette da possenti pilastri compositi; sopra, tre ordini di loggette richiamano il motivo della facciata del Duomo di Pisa. Le tre arcate non sono tutte della stessa ampiezza a causa dell'asimmetria della facciata, che si restringe in prossimità del campanile, merlato, risalente anch'esso al XIII sec.
Sulla parete di un pennacchio tra due arcate del portico era in origine collocato il gruppo statuario di S. Martino che dona il mantello al povero (ora conservato all'interno del Duomo e sostituito all'esterno da una copia), databile intorno al 1233, uno dei primi gruppi statuari medievali svincolati dalla funzione di scultura architettonica.
Vari artisti hanno partecipato, inoltre, negli stessi anni, alla decorazione dei portali della facciata: nella lunetta del portale centrale è un rilievo con l'Ascensione di Cristo, nelle specchiature tra i portali le Storie di S. Martino e un Ciclo dei Mesi, nella lunetta del portale laterale destro il Martirio di S. Regolo, e nel portale sinistro rilievi con Storie dell'infanzia di Cristo e una Deposizione, attribuiti alla scuola di Nicola Pisano.
L'interno della Cattedrale di S. Martino, rinnovato nella seconda metà del XIV sec., è a tre navate, scandite da pilastri con transetto sporgente e abside semicircolare. Vi si conservano pregevolissime opere d'arte, tra le quali si segnalano in particolare: il monumento funebre di Ilaria del Carretto di Jacopo della Quercia (1408), conservato nella sagrestia, all'interno della quale è visibile anche un dipinto di Domenico Ghirlandaio raffigurante la Madonna con il Bambino tra i SS. Pietro, Clemente, Paolo e Sebastiano; sugli altari della navata destra un'Adorazione dei magi di Federico Zuccari e un'Ultima cena di Jacopo Tintoretto e nella cappella del santuario un dipinto con la Madonna ed il Bambino tra Santi di fra' Bartolomeo (1509).
Al centro della navata sinistra è visibile, inoltre, il cosiddetto "tempietto del Volto Santo", costruzione quattrocentesca che contiene al suo interno il celebre "Volto Santo di Lucca", ossia il crocifisso ligneo eseguito tra l'XI e il XIII sec. forse ad imitiazione di un più antico modello orientale. Scolpito secondo la leggenda dal fariseo Nicodemo, il "Volto Santo di Lucca" è stato fin dall'alto Medioevo oggetto di grande venerazione e meta di pellegrinaggi dall'Italia e dagli altri paesi europei.