Iniziato da Giovanni di Simone nel 1277, il Camposanto è un antico cimitero, chiuso da quattro portici, che chiude il lato settentrionale della Piazza del Duomo. Si tratta di un vasto chiostro incorniciato da porticati lastricati. Vi furono portati molti sarcofagi patrizi di epoca romana e numerosi monumenti funebri, dedicati ai personaggi illustri della vita scientifica e letteraria della città.

La tradizione vuole che verso la fine del Duecento, l'Arcivescovo Ubaldo de' Lanfranchi fece trasportare all'interno del quadriportico del Camposanto una certa quantità di terra proveniente dal Golgota, il luogo in cui era stato crocifisso Gesù. Fu portata a Pisa da alcuni crociati di ritorno dalla Terra Santa. Intorno a quel rettangolo di terra santa, l'edificio fu lentamente completato nei secoli successivi. Basti pensare che nel 1358 le fondamenta del lato nord non erano state ancora scavate. Anche per questo motivo lo stile gotico poté sovrapporsi a quello inizialmente romanico pisano, rendendo l'opera molto interessante ed originale. Solo intorno alla metà del XV secolo il Camposanto poté dirsi terminato, mentre la cappella Dal Pozzo fu aggiunta alla fine del ‘500.
Nel XVI secolo si iniziarono ad affrescare i quattro lunghi corridoi dei portici. Purtroppo numerose opere, i cui autori sono Benozzo Gozzoli, Piero di Puccio e Spinello Aretino, subirono gravi danneggiamenti durante i bombardamenti del 1944. Ne rimangono solo le "sinopie", gli schizzi preparatori, conservati al Museo delle Sinopie. Rimase danneggiato ma si salvò "Il trionfo della Morte", opera attribuita a Buonamico Buffalmacco che presenta una drammatica allegoria in cui alla vita allegra di alcuni giovani fanno da sfondo una serie sepolcri aperti.
Due porte si aprono lungo il lato meridionale del Camposanto, sormontate da un tabernacolo gotico che ospita una "Madonna e santi" di Giovanni Pisano. Nel corridoio occidentale, invece, si possono ammirare i resti delle catene che chiudevano il porto di Pisa. Furono prese dai rivali genovesi, usciti vincitori dalla battaglia di Meloria del 1284, e restituite alla città solo nel 1860. Anche il Camposanto, come il Battistero e il Duomo, è a suo modo legato alla celebre figura di Galileo Galilei. Nella Cappella Aulla si conserva la lampada votiva che secondo la leggenda ispirò al celebre scienziato le sue osservazioni sull'oscillazione del pendolo.