Sulle origini dell'attuale Cattedrale di San Zeno il dibattito č ancora aperto. La cittā č stata sede episcopale sin dal V secolo, eppure l'edificio č stato consacrato intorno al XII secolo. Gli studiosi non hanno ancora accertato se sia stato eretto su di una precedente "cattedrale primitiva" o se sia stato costruito ex novo. Soprattutto, č stato difficile stabilire quale fosse la chiesa principale di Pistoia in epoca longobarda.

Gli studi effettuati sull'architettura e sul ritrovamento di alcuni reperti hanno evidenziato la possibilitā che la chiesa sia stata giā eretta intorno all'VIII secolo, ma č solo a partire dal X che se ne accerta la presenza. L'attuale fisionomia architettonica esterna si definisce solo a partire dal Duecento, dopo gli interventi di riparazione per un incendio che l'aveva danneggiata. Quindi, la Cattedrale di San Zeno non ha una forma unitaria ma č il risultato di una complessa fusione di stili. Il portico della facciata viene costruito e decorato tra il Trecento ed il Quattrocento.
A differenza della facciata, l'interno della chiesa ha visto susseguire lavori e rimaneggiamenti per molti secoli ancora. Non sempre si č trattato di intuizioni felici, purtroppo, ma in etā moderna molto spesso antiche pievi e chiese hanno subito opere di rinnovamento che ne hanno cancellato i tratti originali. Per quel che riguarda la Cattedrale, nel XVI secolo vengono apportate modifiche alle cappelle laterali, mentre su progetto dell'architetto Jacopo Lafri, viene demolito l'antico coro medievale per far posto ad una tribuna.
Nel Settecento avviene invece la demolizione della cappella di Sant'Jacopo, molto cara ai pistoiesi. Intorno al 1830, infine, si sono svolte opere di trasformazione della zona presbiteriale che hanno sostituito le antiche decorazioni tardo-manieriste del Lafri con ornamenti che richiamano allo stile neoclassico dell'epoca. Fortunatamente negli anni Sessanta si č provveduto a ripristinare nei limiti del possibile l'antica struttura medievale della Cattedrale, rimuovendo le volte della navata centrale e gli intonachi.