Кафедральный собор, посвящённый святому Мартину, находится в центре Лукки, на площади святого Мартина (piazza San Martino).
По легенде, строительство церкви связано с именем святого Фредиана (6 век). Фредиан был луккским епископом примерно с 560 года; он умер в Лукке в 588. Для церкви было выбрано место чуть вдали от центральной части тогдашнего города. Предполагается, что на месте, где сейчас стоит собор, был так называемый епископский комплекс. Он включал в себя несколько церквей с различными функциями. На площади располагался баптистерий, рядом была церковь святой Репараты, ещё одна церковь занимала место нынешнего собора. Вблизи находились и другие здания комплекса.
В 1060 году по инициативе луккского епископа Ансельма да Баджо (он же - папа Александр II, понтификат 1061 - 1073) была начата полная перестройка собора. В 1070 году собор был освящён. Сохранившийся бюст епископа Ансельма можно видеть в музее собора. Пятинефная церковь базиликального типа в плане имела романский облик. Крыша была выполнена из дерева. Уже с 9 века имеются сведения о портике собора. Он несколько раз перестраивался.
Переломным моментом стала перестройка портика и фасада, осуществлённая Гвидетто да Комо (начало 13 века). Мастер успел поработать в Пизе и привнёс новые архитектурные черты: под влиянием пизанского романского стиля зародился «второй стиль» - луккский романский стиль. Часто этот стиль также называют луккско-пизанским. Для этого стиля характерно декоративное использование ордерных элементов, аркад, «полосатый» мрамор (обычно чередование белого и зелёного). Луккскому варианту свойственно богатое использование декоративной резьбы, инкрустации; ему присущи особенно причудливые формы колонн.
Павел Муратов в «Образах Италии» описал особенности луккского стиля так: «Это явление, известное под именем «преждевременного возрождения», обнаружилось впервые в Пизе. Но здесь, в Лукке, пизанская архитектура так привилась и разрослась, что с полным правом может считаться местной особенностью. Как давно замечено художественной критикой, пизанский стиль потерял в Лукке первоначальную чистоту и ясность. Он был перегружен множеством ненужных деталей и затемнён стремлением к излишней нарядности и крайней выразительности. <…> Пожалуй, здесь не так повинна сама Лукка, как то время, в которое было выстроено большинство луккских церквей. Почти все они выстроены в тот момент, когда «тосканский проторенессанс» уже начал клониться к западу, и в нём тогда, как это бывает в своё время со всяким искусством, бледнеющая сущность стала прикрываться внешним богатством и нагромождением частностей. Есть ещё и другое объяснение этой излишней цветистости здешней архитектуры 12 и 13 веков. Бесчисленные украшения, сложные детали, затейливая пластическая орнаментация, целые горы тонко обработанного камня и мрамора – всё это говорит о пробуждении нового и сильного чувства, о непреодолимом стремлении навстречу новому и неизведанному искусству ваяния. В этом отношении Лукка и Пистойя даже опередили Пизу на несколько десятков лет. Существовавшие в этих городах «мастера каменных дел» и многолюдные артели резчиков создали школу, в которой воспиталась пизанская скульптура. Остатки их обширной деятельности и сейчас ещё многочисленны в Лукке. Таинственных предшественников Николы Пизано можно хорошо изучить на рельефах, связанных с легендой о патроне города св. Мартине, украшающих фасад собора, и на целом ряде рельефов в других церквах…».
Сразу же после переделки портика и фасада были начаты работы по перестройке апсидальной части. Возможно, работы были вызваны проседанием грунта. В ходе этих работ собор был удлинён. Пространство было разделено на три нефа с трансептом. Несколько раз работы приостанавливались и возобновлялись. В разгар 14 века с использованием камней и мрамора старинной церкви всё ещё велись работы по строительству апсидальной части в романском стиле.
Новый этап начался с освобождением Лукки от пизанского гнёта (1372). Почва под зданием продолжала проседать, требовалась очередная реконструкция. Одним из руководителей работ в соборе был назначен Франческо Гуиниджи. Предполагается, что по его приглашению непосредственно со строительства собора во Флоренции в Лукку прибыли флорентийские мастера. Работы с остановками и переделками затянулись до 1390 года. Реконструкция под руководством Антонио Пардини да Пьетрасанта (1395-1419) придала собору его нынешний облик.
Главный фасад собора возведён в луккско-пизанском романском стиле (начало 13 века). Источником вдохновения для архитектора Гвидетто да Комо послужил пизанский собор, архитектор добавил также оригинальные декоративные элементы, заложившие основу луккского варианта этого архитектурного стиля. В первом ярусе фасада открываются три широкие арки портика. Под сводами портика была установлена скульптурная группа «Святой Мартин отдаёт свой плащ бедняку», датируемая 1233 годом. Сейчас оригинал скульптуры хранится внутри собора, снаружи стоит копия. Люнеты над порталами и простенки между порталами, расположенными за арками, украшают барельефы работы мастерской Гвидетто («Мученичество святого Регула», «Цикл месяцев», «Эпизоды из жития святого Мартина»). Над порталом левого нефа расположено «Эпизоды из детства Христа» и «Снятие с креста» работы школы Николы Пизано (около 1260). Арки портика опираются на мощные пилястры. Фасад собора асимметричен. Одна из арок портика была сужена при возведении колокольни. Над портиком расположены три яруса аркад. Аркады – главный декоративный элемент луккско-пизанского стиля. Фронтон фасада так никогда и не был завершён. Мраморные колонны аркад украшает причудливая резьба. Боковые фасады собора с высокими контрфорсами и готическими окнами относятся к 14 веку. В 1308 - 1348 годах были выполнены трансепт и апсида. Своды в готическом стиле были возведены в 1374 - 1476 годах.
Примыкающая к фасаду колокольня была возведена в 13 веке. Колокольная башня имеет ломбардские черты. Снизу вверх увеличивается количество частей окон: от монофоры до четырёхчастного окна. Над окнами располагаются, словно кружево, декоративные орнаментальные арки. Верх колокольни увенчан зубчатой короной.
Пространство собора делится пилястрами на три нефа с трансептом. Внутреннее убранство свой практически окончательный облик приобрело в конце 16 – начале 17 века.
Внутри собора примечательна эдикула святого Лика. Восьмиугольная мраморная эдикула возведена в 1482 - 1484 годах Маттео Чивитали. Святой Лик представляет собой драгоценное деревянное распятие, выполненное в византийской манере (11-12 века). Однако, по народному преданию, распятие сделано из ливанского кедра Никодимом, членом Синедриона и тайным учеником Христа. Ангелы помогали Никодиму воспроизвести черты лика Христа. Долгие столетья Лик хранился в глубокой тайне, но затем был доверен волнам: в открытом море была выпущена лодка, куда положили Лик. Избежав встречи с пиратами, лодка с распятием причалила к побережью Луни. Лик положили в телегу, запряжённую бычками, позволив животным самим избрать направление. Бычки привезли распятие в Лукку. С тех пор оно не покидало города. Образ очень почитаем, и по сей день к нему стекаются паломники. Каждый год 14 сентября, в день Святого креста, в соборе проходят торжественные празднества. В праздничные дни святой Лик украшается золотым убранством, хранящимся в остальные дни в музее собора.
Одна из главных достопримечательностей собора, а, по мнению некоторых, и всего города - надгробный памятник Иларии дель Карретто. Надгробие из мрамора выполнено великим итальянским скульптором Якопо делла Кверча (1406 - 1408). Молодая знатная женщина словно заснула, в её ногах примостилась собачка – символ супружеской верности. Памятник изображает юную жену Паоло Гуиниджи, умершую при родах. По саркофагу идёт фриз с амурами, поддерживающими тяжёлые гирлянды. Надгробие строго, сдержано и величественно. Джорджо Вазари (16 век) называл этот памятник одним из величайших шедевров скульптуры 15 века. В этой работе переплелись черты поздней французской готики (к примеру, драпировка одежды, выполненная мелкими параллельными складками) и флорентийского Возрождения (мягкость и плавность черт лица и линий фигуры).
В интерьере собора можно видеть также:
* надгробия работы Маттео Чивитали (15 век);
* картину Доменико Гирландайо «Мадонна на троне с младенцем и святыми» (ризница, около 1479);
* картину Тинторетто «Тайная вечеря» (середина 16 века, правый неф);
* картину Федерико Дзуккари «Поклонение волхвов» (вторая половина 16 – начало 17 века, правый неф);
* картину Фра Бартоломео (1509, «Мадонна с младенцем и святыми», капелла Святилища).
В теплое время года Кафедральный собор открыт для посещения с 7 до 19 часов, в холодное – с 7 до 17 часов.
