比薩大教堂鐘樓的建造開始于1173年8月，設計為垂直建造，但是在工程開始后不久（1178），便由于地基不均勻和土層松軟而傾斜，1372年完工，塔身傾斜向東南。
工程曾間斷了兩次很長的時間，歷經(jīng)約二百年才完工。它的設計者是那諾·皮薩諾。
過去人們曾一度認為鐘樓是故意被設計成傾斜的，但是事實并非如此。
作為比薩大教堂的鐘樓，1173年8月9日開始建造時的設計是垂直豎立的，原設計為8層，高54.8米，它獨特的白色閃光的中世紀風格建筑物，即使后來沒有傾斜，也將會是歐洲最值得注意的鐘樓之一。
比薩斜塔為什么會傾斜，專家們曾為此爭論不休。尤其是在14世紀，人們在兩種論調(diào)中徘徊，比薩斜塔究竟是建造過程中無法預料和避免的地面下沉累積效應的結(jié)果，還是建筑師有意而為之。
進入20世紀，隨著對比薩斜塔越來越精確的測量、使用各種先進設備對地基土層進行的深入勘測，以及對歷史檔案的研究，一些事實逐漸浮出水面：比薩斜塔在最初的設計中本應是垂直的建筑，但是在建造初期就開始偏離了正確位置。
比薩斜塔之所以會傾斜，是由于它地基下面土層的特殊性造成的。比薩斜塔下有好幾層不同材質(zhì)的土層，各種軟質(zhì)粉土的沉淀物和非常軟的粘土相間形成，而在深約一米的地方則是地下水層。這個結(jié)論是在對地基土層成份進行觀測后得出的。最新的挖掘表明，鐘樓建造在了古代的海岸邊緣，因此土質(zhì)在建造時便已經(jīng)沙化和下沉。
然而1838年的一次工程導致了比薩斜塔突然加速傾斜，人們不得不采取緊急維護措施。當時建筑師Alessandro della Gherardesca在原本密封的斜塔地基周圍進行了挖掘，以探究地基的形態(tài)，揭示圓柱柱礎和地基臺階是否與設想的相同。這一行為使得斜塔失去了原有的平衡，地基開始開裂，最嚴重的是發(fā)生了地下水涌入的現(xiàn)象。這次工程后的勘測結(jié)果表明傾斜加劇了20厘米，而此前267年的傾斜總和不過5厘米。
1838年的工程結(jié)束以后，比薩斜塔的加速傾斜又持續(xù)了幾年，然后又趨于平穩(wěn)，減少到每年傾斜約0.1厘米，塔身偏離“自然姿勢”已有5米多。
1934年，在地基及四周噴入90噸水泥，實施基礎防水工程，塔身反而更加不穩(wěn)，向周圍移動，傾斜得更快。
比薩斜塔毫無疑問是建筑史上的一座重要建筑。在發(fā)生嚴重的傾斜之前，它大膽的圓形建筑設計已經(jīng)向世人展現(xiàn)了它的獨創(chuàng)性。
雖然在更早年代的意大利鐘樓中，采用圓形地基的設計并不少見，類似的例子可以在拉文納、托斯卡納和翁布里亞找到，但是，比薩鐘樓被認為是獨立于這些原型，在更大程度上，它是在借鑒前人建筑經(jīng)驗的基礎上，獨立設計并對圓形建筑加以了發(fā)展，形成了獨特的比薩風格。
比如，鐘樓的圓形設計被認為是為了同一旁的大教堂建筑形成反射而相對應，因此有意地模仿教堂半圓形后殿的曲線設計。更重要的是，鐘樓與廣場上對圓形結(jié)構(gòu)的強調(diào)是相一致的，尤其是在宏偉的、同樣是圓形的洗禮堂奠基以后，整個廣場更像是有意設計成耶路撒冷復活教堂（Anastasis）的現(xiàn)代版本。這種的設計正來源于經(jīng)典的古代建筑。
鐘樓的裝飾格調(diào)繼承了大教堂和洗禮堂的經(jīng)典之作，墻面用大理石或石灰石砌成深淺兩種白色帶，半露方柱的拱門、拱廊中的雕刻大門、長菱形的花格平頂、拱廊上方的墻面對陽光的照射形成光亮面和遮蔭面的強烈反差，給人以鐘樓內(nèi)的圓柱相當沉重的假象。
大教堂、洗禮堂和鐘樓之間形成了視覺上的連續(xù)性。
傳說1590年，出生在比薩城的意大利物理學家伽利略，曾在比薩斜塔上做自由落體實驗，將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結(jié)果兩個鉛球幾乎同時落地，由此發(fā)現(xiàn)了自由落體定律，推翻了此前亞里士多德認為的重的物體會先到達地面，落體的速度同它的質(zhì)量成正比的觀點。
但是，伽利略的兩個球體并非像傳說中的一樣一起落下，即使重力加速度不變，兩個球體受到空氣阻力影響，是不會一起落下的。這也就是為什么鵝毛和鉛球不會一起降落的原因。由于受到空氣阻力，兩個球體不能看作自由落體。但是伽利略的實驗理論是正確的，在真空中，無論多重的物體，都遵循自由落體定律。
1987年4月，國際古跡遺產(chǎn)理事會提名意大利比薩城的奇跡廣場（包括大教堂、洗禮堂、比薩斜塔和墓園）為世界遺產(chǎn)，認為其滿足以下四個獲選條件：
代表了人類創(chuàng)造精神的杰作（奇跡廣場上的四座建筑堪稱建筑杰作，它們在空間上的設計從藝術(shù)上角度是獨一無二）；
通過建筑或技術(shù)、有紀念意義的藝術(shù)品、城市規(guī)劃或景觀設計，展現(xiàn)了在一段時期內(nèi)或在一個文化區(qū)域中進行的有重要意義的人文價值的交流（奇跡廣場的建筑深刻影響了從11世紀到1284年的建筑發(fā)展和14世紀的藝術(shù)發(fā)展）；
突出地代表了某一類建筑或技術(shù)的，并且展示了人類歷史上的某一段或幾段非常重要的時期（奇跡廣場包含了幾座典型的宗教建筑，各自擁有不同的宗教作用，共同組成了一個中世紀基督教建筑的典范）；
直接或明確地同某些具有突出的、普世的價值的事件、現(xiàn)實的傳統(tǒng)、思想、信仰、文化作品或文藝作品相聯(lián)系（19歲的伽利略在比薩大教堂內(nèi)觀察銅制吊燈的擺動，從而發(fā)現(xiàn)了小擺動的等時性定律，這是他動力學研究的序幕。在比薩斜塔頂?shù)膶嶒炇顾贸隽俗杂陕潴w定律。奇跡廣場上的兩座建筑直接同物理學的歷史相聯(lián)系）。
1987年12月，聯(lián)合國教育科學文化組織世界遺產(chǎn)委員會第11次會議決定將其收入世界遺產(chǎn)名錄，編號第395號。
