Il Duomo di Pisa, fondato nel 1064 ed intitolato a S. Maria Maggiore, costituisce un vero e proprio capolavoro architettonico del periodo romanico. Il primo progetto dell'edificio risale all'architetto Buscheto, che ha saputo rimeditare le forme stilistiche correnti in un linguaggio assolutamente autonomo e innovativo.
Secondo la tradizione, la costruzione del Duomo sarebbe stata finanziata con il bottino ricavato in seguito alla cattura di alcune navi saracene nel porto di Palermo.
A Buscheto (elogiato in un'epigrafe della facciata) si deve la divisione dell'interno in cinque navate, secondo il modello paleocristiano delle grandi basiliche romane, arricchito dall'inserimento dei moderni elementi di tipo romanico, quali il matroneo che si affaccia sulla navata centrale e la copertura con volte a crociera delle navatelle (la navata centrale, in origine coperta da tetto a capriate, presenta ora un soffitto a cassettoni della fine del XVI sec.).
Per l'utilizzo di slanciatissimi piedritti di sapore islamico nelle arcate a sesto acuto che dividono le navate laterali, l'interno del Duomo è assimilabile più alle forme di una moschea che a quelle di una basilica paleocristiana.
L'esterno, inoltre, non denuncia la partizione interna in cinque navate: i piedritti consentono, infatti, un sollevamento del punto di appoggio delle volte a crociera che così risultano impostate tutte su uno stesso livello e chiuse all'esterno da una comune pendenza del tetto.
La Cattedrale di Pisa viene consacrata nel 1118 da papa Gelasio II, ma la sua costruzione viene portata a termine solo intorno alla metà del XII sec.
Pochi anni dopo la consacrazione il nuovo architetto Rainaldo apporta alcune varianti al progetto originario: viene allungata la parte anteriore dell'edificio con l'aggiunta di tre campate della navata centrale e si imposta una nuova facciata, che prevede l'inserimento (realizzato più tardi) dell'originale motivo delle loggette sovrapposte che avrà grande fortuna nel Romanico toscano (oltre alla ripresa del motivo nei vicini edifici del Battistero e del Campanile, si pensi, ancora a Pisa, alla facciata della chiesa di S. Paolo a Ripa d'Arno, consacrata nel 1148, e a Lucca, alla chiesa di S. Michele in Foro, iniziata nel 1143, e alla Cattedrale di S. Martino, firmata da Guidetto nel 1204). La facciata viene portata a termine dallo scultore Guglielmo, autore anche dei due pulpiti eseguiti per il Duomo tra il 1159 e il 1162, ma trasportati nel 1313 nella Cattedrale di Cagliari per lasciare il posto al nuovo e monumentale pulpito di Giovanni Pisano.
Lo scultore, figlio di Nicola Pisano, è molto attivo nei cantieri del Duomo (per il quale esegue anche una mezza figura della Madonna col Bambino, già nella lunetta di un portale del transetto, ora nel Museo dell'Opera) e del Battistero.
Tra le opere d'arte di rilievo conservate all'interno del Duomo pisano, solo per citare alcuni esempi, si ricordano la cosiddetta "Porta bronzea di S. Ranieri" dello scultore Bonanno Pisano, visibile lungo il lato esterno del transetto meridionale (la porta eseguita dallo stesso artista nel 1179 per la facciata è andata perduta), la tomba di Arrigo VII dello scultore senese Tino di Camaino, il mosaico trecentesco dell'abside (la figura di S. Giovanni è di Cimabue), oltre agli affreschi e alle tele di pittori del Cinque, Sei e Settecento (Andrea del Sarto, Beccafumi, Sodoma, Francesco Mancini, Placido Costanzi, ecc….).
