Il Battistero è uno dei quattro edifici che compongono il complesso monumentale di Piazza dei Miracoli ed è noto ai pisani anche perché fu proprio al suo interno che, nel 1564, venne battezzato Galileo Galilei. Fu iniziato il 15 agosto 1552 ma il suo completamento nel corso del tempo è stato contraddistinto da interventi avvenuti in epoche diverse.

Il progetto originale del Battistero era dell'architetto Diotisalvi, indicato come uno dei possibili progettisti della Torre pendente, ma i lavori furono interrotti presto per essere ripresi, con radicali modifiche alle idee iniziali, un secolo più tardi, sotto la guida di Nicola e Giovanni Pisano. La struttura fu terminata a fine Trecento. Questa è la ragione della particolare mescolanza di stili architettonici che contraddistingue il Battistero e che è possibile ritrovare anche in altre opere di Piazza dei Miracoli. L'ultimo intervento che ci ha consegnato l'edificio così come lo vediamo oggi risale al XIX secolo, quando furono anche eseguite delle copie delle originali sculture ornamentali (statue e busti di santi e profeti). Queste ultime, infatti, furono trasferite e sono tuttora conservate nel Museo dell'Opera del Duomo.
Il Battistero è a pianta circolare, ricoperto di marmo bianco, prevalentemente in stile romanico pisano, sebbene decorazioni e bifore evidenziano un'influenza gotica. La sua cupola piramidale è divisa in una parte di mattone rosso ed una di lamine di piombo bianco. Culmina con un cupolino sopra al quale poggia una statua in bronzo raffigurante San Giovanni Battista. I nemici della Repubblica di Pisa accusavano i pisani di non aver completato la cupola per risparmiare soldi. Oggi sappiamo che la decisione di non ricoprire di rosso l'intera cupola sia da attribuire alla funzione secondaria di torre-faro notturno del Battistero. Nelle città di mare vi erano numerose strutture che fungevano da enormi meridiane, sfruttando il riflesso della luna sulle lastre bianche per essere visibili alle navi da grandi distanze.
L'interno del Battistero fu progettato volutamente spoglio allo scopo di favorire uno straordinario eco, in grado di suscitare un'atmosfera mistica e suggestiva. Al centro della struttura è situata la Fonte Battesimale, concepita per il rito "a immersione", allora molto comune. Opera di Guido Bigarelli da Como, realizzata nel 1246, è costituito da una grande vasca ottagonale con altre quattro vasche più piccole all'interno. L'opera, pur mantenendo una linea semplice, in linea con l'austerità che domina l'interno del Battistero, risente dell'influenza bizantina del suo autore, che si rivela negli intarsi che la impreziosiscono.
Il pulpito dell'edificio fu realizzato tra il 1255 e il 1260 da Nicola Pisano e rappresenta una delle novità dell'epoca in fatto di sculture, principalmente per la profondità e la precisione anatomistica delle figure, che preannunciano il progressivo allontanamento dall'arte romanica. A pianta esagonale, il Pulpito presenta infatti decorazioni e rilievi che preannunciano il recupero e la rilettura dello stile classico che rinnoverà profondamente l'arte italiana nei secoli successivi. Nei sei riquadri principali sono raffigurate scene della vita di Gesù e del Giudizio Universale.