بدأ إنشاء البرج في 8 أغسطس 1173 ميلادي. وبعد بناء الطابق الثالث عام 1178 مال البرج وتوقفت أعمال البناء لقرن، وفي 1272 تم بناء أربعة طوابق إضافية بزاوية بهدف تعديل الميلان، وتوقفت الأعمال مرة أخرى عام 1301، وفي عام 1372 بني آخر الطوابق ووضع الجرس في البرج.

هناك خلاف حول هوية المعماري الذي بنى برج بيزا المائل. ولسنوات كان بونانو بيزانو يعتبر المعماري الذي بناه، وهو فنان معروف من القرن الثاني عشر من بيزا، مشهور باعماله البرونزية، وخاصة في كاتدرائية بيزا. بدأ بناء البرج في 1174 على يد بونانو بيزانو، واستكمل بعد توقف طويل على يد جوفاني بيزانو وتم في النصف الثاني من القرن الرابع عشر على يد تومازو دي أندريا بيزانو.

يروى تن غاليليو غاليلي أسقط كرتين (قذائف مدفع) ذوات كتل مختلفة من هذا البرج لتوضيح أن سرعة سقوطهما لا تعتمد على كتلهما. هذه القصة بالرغم أنها على لسان تلميذ لغاليليو، تعتبر خاطئة بشكل واسع.

أمر بينيتو موسوليني بأن يعاد البرج إلى وضعه الأفقي، فتم صب الإسمنت في أساساته. كانت النتيجة غير متوقعة وجعلت البرج يغوص أكثر في التربة.

خلال الحرب العالمية الثانية، دمر الجيش الأمريكي كل الأبراج في بيزا تقريبا، خوفا من احتمال وجود قناصة في الأبراج. وكان تفجير برج بيزا مخطط له أيضا؛ ولكن قراراً جاء في اللحظة الأخيرة بالانسحاب أنقذ البرج من التدمير.

في 27 فبراير 1964، طلبت الحكومة الإيطالية مساعدات لمنع البرج من السقوط. فتم تعيين مجموعة متعددة الأطراف من المهندسين، الرياضياتيين والمؤرخين واجتمعوا في جزر أزوريس لمناقشة طريقة تثبيته. وبعد عدة عقود من البحث والعمل حول الموضوع، تم إغلاق البرج أمام الزوار في يناير 1990. وبعد عقد من جهود التصحيح والتثبيت تم إعادة فتح الأبواب للزوار في 15 ديسمبر 2001. تم اقتراح العديد من الطرق لتثبيت البرج من ضمنها إضافة 800 طن متري من الرصاص كثقل مقابل على الطرف المرتفع أو من قاعدة البرج. الحل النهائي لتصحيح الميلان كان إزالة 38 متر مكعب من التربة من تحت الطرف المرتفع من قاعدة البرج. وتم إعلان البرج «مستقرا» لثلاثمئة عام قادمة على الأقل. قفز على الأقل شخصان من البرج باستخدام المظلات (الباراشوت) هما مايك مكارثي في 5 أغسطس 1988 و(بوستون غلوب في 6 أغسطس 1988) وأرنه آرثوس في 1 فبراير 2000.