Per patrimonio storico e artistico la basilica è il maggior monumento cittadino, tenuta in tanta considerazione da essere definita un tempo “Cappella della città”. Costruita nel 1137, conserva all'interno l'impianto romanico a tre navate divise da pilastri, ma è stato profondamente rimaneggiato nel XVII secolo, con marmi, stucchi, ornati e pitture. Lungo le pareti e ai pilastri sono appesi preziosi arazzi. A sinistra dell'ingresso si trova il sepolcro del cardinale Guglielmo Longhi, di Ugo da Campione. Proseguendo in senso orario, alla parete di fondo, si scorge il monumento a Gaetano Donizetti di Vincenzo Vela (1855) e, sopra l'arazzo della Crocifissione, il grandioso Passaggio del mar Rosso di Luca Giordano (1681). All'inizio della navata sinistra, si può ammirare il confessionale ligneo di Andrea Fantoni (1704). La Cappella Colleoni (così oggi viene chiamata la tomba del celebre condottiero Bartolomeo Colleoni , costruita tra il 1471 e il 1475) è un gioiello del Rinascimento Lombardo. La fastosità delle sculture dell’Amadeo e degli affreschi affidati a Giovan Battista Tiepolo, non deve far dimenticare la bellissima tomba della figlia Medea, a sinistra, che accompagna nel sonno della morte il celebre padre.

Già solo l'edificio in cui questo museo è collocato vale il prezzo del biglietto. Nel XVI secolo, la famiglia Lanfranchi fece costruire un palazzo con il portale principale affacciato sull'Arno e una bellissima torre medievale sul retro, e ci abitò fino all'Ottocento. Dal 2007, Palazzo Lanfranchi è sede del Museo della Grafica ed ospita collezioni di stampe e disegni dall'Università di Pisa.

Nel 1998, durante alcuni lavori di scavo nell'area della stazione di Pisa San Rossore, a circa 3 metri di profondità emerse una serie di relitti di navi. Così, i resti dell'antico porto di Pisa (in ottimo stato di conservazione) furono riportati alla luce e gli scavi, conclusi nel 2016, restituirono una trentina di navi di epoca romana. Le navi restaurate (da commercio, guerra, mare aperto e fiume) sono oggi visibili in due sale del museo realizzato negli Arsenali Medicei.