Năm 1172, Donna Berta di Bernardo đã tặng 60 đồng tiền bạc cho nhà thờ địa phương để mua đá dùng làm nền của tháp chuông mới.
Năm 1173, việc xây dựng tháp bắt đầu và gần như ngay lập tức có vấn đề. Vị trí tháp nằm trên nền đất mềm, chủ yếu là đất sét, cát mịn và vỏ sò (thành phố nằm giữa sông Arno và sông Serchio). Vào thời điểm những người xây dựng hoàn thành tầng thứ hai vào năm 1178, tháp bắt đầu nghiêng.
Chẳng bao lâu, quá trình xây dựng bị tạm dừng trong gần 100 năm, vì Pisa phải trải qua chiến tranh thế giới thứ hai. Đây có thể xem như là "trong rủi có may", vì theo các nhà phân tích hiện tại, tòa tháp chắc chắn sẽ bị đổ nếu tiếp tục xây dựng mà không có thời gian để đất lắng xuống.
Khi tháp được xây dựng tiếp tục trở lại, tháp nghiêng 0,2 độ về phía bắc so với phương thẳng đứng, nhưng khi các công nhân bắt đầu xây ở tầng thứ bảy, tháp đã nghiêng một độ về phía nam. Khoảng thời gian này, việc xây dựng lại dừng không rõ lý do.
Trong thế kỷ tiếp theo, việc xây dựng vẫn tiếp tục không ngừng.
Độ nghiêng của tháp tăng thêm 1,6 độ. Để chống lại sự nghiêng ngả, những người xây dựng đã làm cho các tầng còn lại cao hơn ở phía nam của tháp. Nhưng sức nặng của các tầng thêm vào chỉ làm cho phần móng lún sâu hơn, khiến tình trạng nghiêng trở nên tồi tệ hơn. Sau khi cố gắng xây dựng hết những gì có thể, tháp Pisa chính thức hoàn thành vào khoảng năm 1370.
Kể từ khi tòa tháp hoàn thành, các kỹ sư và kiến trúc sư từ khắp nơi trên thế giới đã cố gắng điều chỉnh độ nghiêng cho tòa tháp. Những nỗ lực này bao gồm việc đổ thêm vữa vào khối xây móng, quấn các miếng thép bọc nhựa xung quanh tháp lên đến tầng hai, đổ một vòng bê tông xung quanh chân tháp, đặt các đối trọng bằng chì ở phía bắc, lắp đặt các đối trọng cáp neo, và chỉnh phần đất bên dưới chân tháp phía bắc.
Sau khi loại bỏ hơn 70 tấn đất vào năm 2008, các kỹ sư thông báo rằng tháp đã ổn định và nó sẽ không nghiêng nữa. Độ nghiêng của nó bây giờ chỉ khoảng bốn độ (trước khi nỗ lực phục hồi, độ nghiêng là 5,5 độ), hoặc khoảng 13 feet so với phương thẳng đứng. Tháp nghiêng Pisa sẽ ổn định trong ít nhất 200 năm tới.
