De kathedraal van Pisa of de Duomo Santa Maria Assunta ligt centraal op het Piazza dei Miracoli. Het is een middeleeuwse romaanse kathedraal uit de elfde eeuw in de typische Pisaanse stijl. Net als de Toren van Pisa helt de Kathedraal van Pisa. De buitenzijde van de kathedraal is bekleed met wit en grijs marmer. Opvallend is de façade met haar rijen kleine zuilengalerijen. De kathedraal van Pisa is de enige bezienswaardigheid op het Piazza dei Miracoli die gratis bezocht kan worden. Je moet echter wel een gratis kaartje ophalen bij de kassa in het Museo delle Sinopie.
De binnenzijde van de Duomo Santa Maria Assunta is gedecoreerd met wit en zwart marmer. Opvallend is het vergulde cassetteplafond. Een groot deel van het interieur stamt van na 1595, toen een grote brand het oude interieur verwoestte. Een van de weinige dingen die de brand overleefd heeft, is de preekstoel van Giovanni Pisano. Op deze preekstoel zijn negen scènes uit het Nieuwe Testament te zien.
