Il duomo in stile romanico pisano fu edificato a partire dal XI sec. , su progettazione dell'architetto Buscheto e ultimato nel secolo successivo da Rainaldo, con i proventi derivanti da una spedizione vittoriosa contro i Mussulmani in Sicilia. Il tempio fu dedicato a Santa Maria Assunta.
La facciata si apre con una successione di quattro ordini di logge sorrette da colonne sulle quali poggiano archi, mentre l'accesso all'interno del Duomo è concesso mediante tre portali bronzei arricchiti da decorazioni raffiguranti storie della Vergine e di Cristo, opera del Giambologna.
La parte finale dell'edificio vede svettare sull'abside il grifo Islamico, oggi sostituito con una copia, l'originale è custodito all'interno del Museo del Duomo.
L'interno si sviluppa su di una pianta a croce latina, suddivisa in cinque navate, nella sezione centrale si collocano i matronei , mentre sulle tre navate del transetto è collocata la cupola ellissoidale, il soffitto a cassettoni fu realizzato dopo l'incendio che devastò il tempio nel '500.. L'abside è ornata da un mosaico del '200 raffigurante Gesù con Maria e S. Giovanni.
All'interno del Duomo è custodito il pulpito di Giovanni Pisano realizzato agli inizi del '300 in marmo bianco, la struttura si sviluppa su una pianta ottagonale dove si trovano leoni stilofori reggenti colonne adornate da statue raffiguranti le Virtù. I pannelli all'estremità del pulpito raffigurano momenti della vita di Gesù.