Die romanische Basilika „Santo Sepolcro“ wurde zu Beginn des 12. Jahrhunderts am Ufer des Arno im Zentrum von Pisa unweit der Piazza dei Miracoli gebaut. Der Name der Kirche „Santo Sepolcro“ bedeutet „Heiliges Grab“, also Kirche des Heiligen Grabes. Der Name spielt auf die Grabeskirche in Jerusalem an. Zu Beginn des 12. Jahrhunderts – „Santo Sepolcro“ ist 1113 erstmals urkundlich erwähnt worden – stand Jerusalem im Brennpunkt des Interesses, denn während der Kreuzzüge war die Stadt von westlichen Rittern erobert worden. Architektonisch erinnert „Santo Sepolcro“ mit ihrem achteckigen Grundriss tatsächlich an die Grabeskirche, aber auch an den Felsendom von Jerusalem! Der Name des Architekten ist bekannt. Er hieß Diotisalvi und hat seinen Namen und dazu das Wort „fabricator“ (also Erbauer) in der Kirche eingemeißelt.
„Santo Sepolcro“ wirkt im Gegesatz zu den Gebäuden des Ensembles an der Piazza dei Miracoli von außen schlicht. Trotzdem ist sein ungewöhnlicher achteckiger Grundriss nicht nur in der Toskana recht einzigartig. Schmale Fenster sind in die Wände eingelassen. Nur die Portale sind mit Löwen aus Marmor üppig verziert. Über dem Kirchenschiff erhebt sich ein pyramidenförmiger Turm. An das Schiff schließt sich noch ein viereckiger Glockenturm an, der niemals vollendet wurde.
Der Innenraum des Gotteshauses wurde um 1720 im Barockstil umgestaltet. Diese Ausschmückungen, die wohl doch nicht recht zum romanischen Stil des Bauwerks passten, wurden später wieder entfernt. Heute ist der Innenraum fast schmucklos. Der Betrachter staunt über die hohe Kuppel, die in den Pyramidenturm ausläuft, und über die romanischen Steinbögen. An Kunstwerken wären vor allem ein Reliquiar des Heiligen Ubaldesca und ein Bildnis einer Madonna mit Kind zu nennen. Außerdem befindet sich der Grabstein von Marie Mancini (1639 bis 1715), einer Nichte des französischen Kardinals Mazarin, in „Santo Sepolcro“.
