La costruzione della cattedrale pisana fu iniziata nel 1063 su progetto di Buscheto. Consacrata nel 1118, restaurata dopo il tragico incendio del 1595 e nel corso del secolo XIX, conserva capolavori che la rendono uno dei monumenti più celebri e celebrati: oltre alla ricca decorazione scultorea, da segnalare la porta bronzea di Bonanno Pisano, il pulpito di Giovanni Pisano, il mosaico di Cimabue e il ciclo pittorico della Tribuna.

Secondo la tradizione, fu proprio all'interno del Duomo, intorno al 1583, che il giovane Galileo Galilei, osservando una lampada che ondeggiava, fu stimolato a intraprendere la strada che lo avrebbe condotto alla scoperta dell'isocronismo dei pendoli. Vincenzo Viviani, fedele discepolo di Galileo, nel suo Racconto istorico della vita di Galileo (1654), scrive: «In questo mentre con la sagacità del suo ingegno inventò quella semplicissima e regolata misura del tempo per mezzo del pendulo, non prima da alcun altro avvertita, pigliando occasione d'osservarla dal moto d'una lampada, mentre era un giorno nel Duomo di Pisa».

Antonio Favaro dimostrò che la lampada sospesa che ancora oggi si osserva nella Cattedrale vi fu posta in epoca successiva al soggiorno pisano di Galileo. Sostenne, pertanto, che quella riferita da Viviani andava considerata una leggenda. Più recentemente, è stato dimostrato che, al tempo di Galileo, era sospesa nella Cattedrale un'altra lampada votiva – oggi conservata nel Camposanto Monumentale di Pisa.