Su fundación remonta al siglo XIII, fecha del comienzo de la construcción de la nueva catedral dirigida por Arnolfo di Cambio.

Su posición es inhabitual, alineada con el frente de la iglesia, probablemente debido a la necesidad de liberar la zona posterior para la enorme cúpula prevista en el proyecto de Arnolfo di Cambio.

Seguido a la muerte de Arnolfo en 1302, el pintor Giotto di Bondone retoma la construcción en 1334 como maestro albañil y se ocupa primero de la construcción de la base de la torre. Su proyecto global (jamás realizado) de una altura de 110-115 metros, preveía una cima piramidal de aproximadamente 30 metros de altura.

Muere en 1337, dejando la obra inconclusa y su nombre a la torre.

Andrea Pisano continúa los trabajos, pero muere también durante la epidemia de peste negra en 1348.

La torre sería finalizada por Francesco Talenti, quien retoma la construcción en 1349 concluyéndola en 1359. Talenti le daría su forma actual definitiva resolviendo el problema de equilibrio del edificio con pilastras que permitían grandes aberturas.