La première cathédrale datait du VIe siècle et elle fut reconstruite à partir du XIe siècle. La consécration de la nouvelle cathédrale a eu lieu en 1070 par le pape Alexandre II qui avait entrepris sa reconstruction alors qu’il était évêque de Lucques mais les travaux ont continué pendant le XIIe et le XIIIe siècles.
L’aménagement intérieur de la cathédrale date des XIVe et XVe siècles. La cathédrale romane qui est encore apparente à l’extérieur disparaît totalement à l’intérieur.
La cathédrale est de style roman pisan.
A l’extérieur, la riche façade joue sur le rythme des colonnettes de trois galeries aveugles superposées, sur la sculpture (dont le cortège des rois mages de Nicola Pisano), et sur la richesse de marqueteries de pierre. Elle est asymétrique à cause du campanile. Celui-ci est en brique à la base, en marbre au plus haut.
A l’intérieur, la richesse de la décoration est sensible : le sol est entièrement couvert de marbre, avec notamment des marqueteries de motifs géométriques et un labyrinthe accueille le visiteur.
De robustes piliers rectangulaires soutiennent la nef. Au niveau supérieur, une galerie (triforium) plus légère avec de belles arches fait le trou de l’édifice.
La cathédrale sert d’écrin à un certain nombre d’objets célèbres; le plus connu est sans nul doute le Volto Santo (« saint visage »), un crucifix byzantin en bois sombre du XIIIe siècle, qui attirait au Moyen Age de nombreux pèlerins qui le croyaient sculpté par un disciple du Christ, saint Nicodème. Celui-ci est installé dans un kiosque octogonal en marbre réalisé en 1184 par Mattea Civitali.
La présence martinienne dans cette cathédrale qui porte son nom s’enrichit par la sculpture d’une charité et de quatre épisodes de sa vie. Une muraille (baluardo) à un kilomètre au nord de la cathédrale, porte le nom de saint Martin.

The first cathedral dates from the 6th century and it was rebuilt from the 11th century. The consecration of the new cathedral took place in 1070 by Pope Alexander II who had undertaken its reconstruction while he was Bishop of Lucca but work continued during the 12th and 13th centuries.
The interior design of the cathedral dates from the 14th and 15th centuries. The Romanesque cathedral, which is still visible on the outside, completely disappears inside.
The cathedral is in the Pisan Romanesque style.
Outside, the rich facade plays on the rhythm of the small columns of three superimposed blind galleries, on sculpture (including the procession of the Three Kings by Nicola Pisano), and on the wealth of stone inlays. It is asymmetrical because of the bell tower. This one is brick at the base, marble at the top.
Inside, the richness of the decoration is evident: the floor is entirely covered in marble, with in particular inlays of geometric patterns and a labyrinth welcomes the visitor.
Robust rectangular pillars support the nave. On the upper level, a lighter gallery (triforium) with beautiful arches makes the hole in the building.
The cathedral serves as the setting for a number of famous objects; the best known is undoubtedly the Volto Santo (« holy face »), a 13th century Byzantine dark wooden crucifix, which in the Middle Ages attracted many pilgrims who believed it was carved by a disciple of Christ, Saint Nicodemus. This is installed in an octagonal marble kiosk made in 1184 by Mattea Civitali.
The Martinian presence in this cathedral which bears his name is enriched by the sculpture of a charity and four episodes of his life. A wall (baluardo) one kilometre north of the cathedral bears the name of Saint Martin.