La construcció de la torre de Pisa es va desenvolupar en tres etapes durant un període de 199 anys. La construcció de la primera planta va començar el 9 d'agost del 1173, en un període d'èxit militar i prosperitat. La primera planta està envoltada de semicolumnes amb capitells clàssics i arcs cecs, tot en marbre de color molt blanc.

Durant molts anys el disseny es va atribuir a Guglielmo, un artista resident a Pisa al segle xii, famós per les seves peces de bronze fos, particularment a la catedral de Pisa. Tot i això, una recent investigació va determinar que l'autoria de l'edifici correspondria finalment a Bonanno Pisano, el qual va deixar Pisa el 1185 i es va traslladar a Monreale (Sicília). El seu sarcòfag va ser descobert al peu de la torre el 1820.

Després que es construís el tercer pis el 1178, la torre es va inclinar tres metres cap al nord, a causa d'uns fonaments febles, en un subsòl inestable. El disseny d'aquesta torre era imperfecte des del començament i la construcció va cessar durant un segle, a causa de les guerres entre els pisans i els estats veïns. Aquest lapse va permetre al terra assentar-se; altrament, la torre s'hauria esfondrat.

El 1272, Fernando di Vincenzo, arquitecte autor del cementiri, va reprendre la construcció. Es van afegir llavors quatre noves plantes, construïdes amb cert angle a fi de contrarestar la inclinació. Les obres es van detenir novament el 1284 després de la victòria genovesa davant Pisa a la batalla de Meloria.

El 1372 Tommasso di Andrea Pisano va construir l'última planta (el campanar) i es van col·locar les campanes. La intervenció es considera que combina harmònicament els elements gòtics del campanar amb l'estil romànic de la torre. Hi ha set campanes i cadascuna correspon a una nota de l'escala musical; la més gran va ser instal·lada el 1655. No obstant això, després de la conclusió del campanar, la torre va començar de nou a inclinar-se, aquesta vegada cap al sud.

Uns pocs anys després de finalitzada la torre, el dany a la seva estructura es va fer manifest i molts dels elements de pedra originals realitzats en marbre de San Giuliano van ser substituïts; per això, es va emprar marbre blanc de Carrara.

Alessandro della Gherardesca va excavar un camí al voltant de la torre per fer visible la base. Això va causar una inundació de la base i, novament, un increment de la seva inclinació.

Durant la Segona Guerra Mundial, l'exèrcit dels Estats Units va destruir les torres properes a Pisa donada l'amenaça que suposaven els franctiradors des d'aquestes posicions. Es va programar la voladura de la Torre inclinada, però una ordre de retirada a l'últim instant la va salvar.

El 27 de febrer de 1964, el govern d'Itàlia va demanar ajuda per prevenir la caiguda. Es va assignar el projecte a un conjunt d'enginyers, matemàtics i historiadors, que van debatre sobre els mètodes d'estabilització a les illes Açores.

A partir de 1993, es van afegir 870 tones de contrapesos de plom, que van redreçar lleugerament la torre.[1]

La torre va ser tancada al públic el 7 de gener de 1990,[2] després de més de dues dècades d'estudis d'estabilització i esperonat per l'abrupte esfondrament de la Torre Cívica de Pavia el 1989,[3][4] i els cables van ser cinglats al voltant del tercer nivell i ancorats a diversos centenars de metres. Els apartaments i les cases que es trobaven a la trajectòria d'una possible caiguda de la torre van ser desallotjats per seguretat. El mètode triat per evitar l'esfondrament de la torre va ser reduir lleugerament la seva inclinació fins a un angle més segur retirant 38 metres cúbics de terra de sota l'extrem elevat. La inclinació de la torre es va reduir en 45 centímetres, tornant a la seva posició de 1838. Després d'una dècada d'esforços de reconstrucció i estabilització, la torre es va reobrir al públic el 15 de desembre de 2001, i va ser declarada estable durant almenys 300 més anys.[1] En total, es van retirar 70 tones de terra.[5]

Les tasques de consolidació han permès que la inclinació sigui la que tenia el 1700, 3,9 metres de la vertical.