В 12 в. был основан Пизанский университет, где преподавали математик Фибоначчи и Галилео Галилей. Пиза всегда была гибеллинским городом, она поддерживала германских императоров из рода Гогенштауфенов, однако с прекращением этой династии в середине 13 в. город потерял своего основного союзника. Окончательно подточило могущество республики поражение от генуэзцев в битве при Мелори в 1284 г., когда пизанский флот был разгромлен. Пиза теряет свои колонии, в городе устанавливается непрочная власть синьоров, а в 1406 г. республика попадает под власть Флоренции. К этому времени ил, принесенный рекой Арно, засыпал гавань, и Пиза потеряла остатки былого величия, став собранием памятников прошлого.
Самым замечательным архитектурным памятником Пизы является уникальный ансамбль Площади Чудес, отличающийся ажурностью декора, многоярусными полукруглыми аркадами и отделкой белым и черным мрамором. Этот комплекс стал, пожалуй, самым прекрасным в мире памятником романского стиля, демонстирующим высокое искусство зодчих раннего Средневековья. За кирпичной зубчатой стеной с квадратными башнями расположены собор, колокольня, баптистерий и крытое кладбище Кампосанто.
Беломраморный собор в романском стиле был заложен в 1063 г. Его начал строить архитектор Бускето в форме латинского креста. Идеальные пропорции сделали собор одним из самых выдающихся произведений итальянской архитектуры. Фасад, облицованный чередующимися рядами белого и черного мрамора, увенчанный треугольным фронтоном, разделен на четыре аркадных яруса, обрамленных рядом колонн. Полукруглые порталы чередуются арками с медальонами. Широкое основание бокового фасада несет более узкую верхнюю часть с глухой полукруглой аркадой, завершающуюся двухскатной крышей, создавая характерный профиль романского храма. Над средокрестием на мощном барабане с арочной галереей возвышается вытянутый купол с высоким фонарем. Интерьер собора поражает своими масштабами и напоминает о былом величии Пизы, пять основных и три поперечных нефа разделены аркадами, которые поддерживают 68 подлинных античных круглых мраморных колонн, привезенных из различных храмов и потому несколько отличающихся друг от друга по высоте, над ними проходит галерея сдвоенных арок трифория. Центральный неф собора перекрыт плоским кессонированным позолоченным деревянным потолком, а боковые – каменными сводами. Здесь находится ряд произведений искусства, среди которых особенно выделяются кафедра в готическом стиле, созданная Джованни Пизано и гробница императора Генриха VII (1315 г.)