Il cuore del complesso è il Duomo di Santa Maria Assunta, la cattedrale medievale. È una chiesa a cinque navate col transetto a tre navate.
Cominciata nel 1064 dall'architetto Buscheto, ha dato origine al distintivo stile Romanico Pisano. La ricchissima decorazione comprende marmi multicolori, mosaici (importantissimo quello del catino absidale, eseguito da varie maestranze fra cui Cimabue) e numerosi oggetti di bronzo provenienti dal bottino di guerra, fra cui il Grifone utilizzato come acroterio est del tetto. Gli archi a profilo acuto fanno riferimento ad infuenze musulmane e del meridione d'italia, soprattutto la seconda Abbazia di Montecassino