La cattedrale sorse a partire dal 1063 per celebrare la grande vittoria navale riportata dai pisani a Palermo contro i musulmani.

Ne fu architetto Buscheto, fu consacrata nel 1118 da Gelasio II e fu ingrandita nel XII sec. da Rainaldo, cosa che si scorge con chiarezza poichè si può notare l'attacco diverso del marmo.

Espressione del Romanico Pisano, l'intero corpo della struttura è percorso da archeggiature cieche che scompartiscono ritmicamente le superfici; la forma della cupola, di pianta ellittica, archiacuta, strozzata in alto da un bulbo, è musulmana. L'interno è a pianta basilicale con cinque navate e u  profondo transetto, all'incrocio del quale si innalza la suddetta cupola. Le opere maggiori si concentrano nel presbiterio e nell'abside, dove si può ammirare il mosaico del catino absidale del 1301-1302 e il San Giovanni, ultima opera di Cimabue.

Inoltre di grande interesse sono anche il Portale di San Ranieri, patrono della città,  opera di Bonanno Pisano, e il Pulpito di Giovanni Pisano, scolpito nel 1302-1311, che raffigura scene del Nuovo Testamento.