До нынешней крепостной стены, построенной во времена Высокого Средневековья, в Пизе в разное время были возведены две другие системы военных ограждений. Первая стена была воздвигнута еще в позднеримский период, в первые века нашей эры, и о ней до нас дошло не много сведений. Античную стену сменили военные укрепления Раннего Средневековья, которые окружали территорию в тридцать гектаров, оставляя за своими пределами многие районы бывшего римского города, где были расположены термы, амфитеатр, ворота и другие античные строения, которые со временем превратились в руины, откуда черпались стройматериалы для новых построек средневекового города.
Со временем средневековая Пиза росла, постепенно увеличивалась занимаемая ей площадь. Строились новые дома, башни, торговые лавки, монастыри, которые в конечном счете покрыли все пространство античного города, оставленного когда-то за крепостными стенами. Это расширение породило необходимость в возведении новой стены, которая бы защищала все важные городские постройки, далеко выдающиеся теперь за пределы существующей стены особенно на восток и на северо-восток, где вырос новый район Борго, на север, где возводились строения для нужд архиепископства, и на запад, где осваивались новые, ранее заболоченные местности. К тому же, на левом берегу Арно вырос своеобразный город-спутник Пизы, превратившийся в важный и оживленный торговый центр.
Каждые 300 метров вдоль стены возводились башни. Башнями также фланкировались все ворота города. Последний участок стены был достроен в районе башни Льва (Torre del Leone, 100 метров на северо-запад от Баптистерия), которая получила свое название от скульптуры льва, установленной на одноименные ворота, заложенные в данный момент кирпичом. Верхний ярус башни был разрушен, но ее все еще можно рассмотреть, стоя на площади Чудес. Наибольшую известность получила башня Санта-Мария (Torre di Santa Maria, 100 метров на север от баптистерия), которую построили одной из первых. Она сохраняет свой первоначальный романский облик, возвышаясь над стеной с зубцами из красного кирпича. Из других сохранившихся до наших дней башен можно назвать башню Сант-Аньезе (Torre di SantAgnese, 500 метров южнее площади Чудес), построенную в 13 веке.
После того как в 16 веке военные силы Медичи захватили правление в городе, сами Медичи распорядились отреставрировать стену, и соорудили на месте старого арсенала цитадель, которая больше, нежели старые сооружения, соответствовала ренессансным технологиям ведения боя. Крепостная стена простояла практически нерушимой почти 8 веков, пока в 20 веке некоторые ее части не были разрушены, чтобы освободить пространство для дальнейшего урбанистического расширения (например, около железнодорожной станции или около церкви святого Павла у обрыва). Причем, план крепостных стен средневековой Пизы начиная с середины 12 века и до начала 20 века почти не изменился и определял многие столетия не только градостроительную политику Пизы, но и оказывал влияние на военно-оградительное строительство других итальянских городов.
