La fondazione della Cattedrale di San Martino di Lucca andrebbe ascritta, secondo la tradizione, all'operato di San Frediano, vescovo di Lucca morto nel 588. Il vescovo Giovanni I promosse nel 780 la traslazione da Populonia del corpo di San Regolo, fatto che determinò la costruzione di una cripta e il rifacimento di un nuovo sontuoso presbiterio ornato da marmi e cancelli metallici. Già nell'833 la facciata era provvista di un portico, distrutto nel 905 e ricostruito nel 928. Tra il 1060 ed il 1070, la chiesa fu completamente riedificata per volontà di Anselmo da Baggio, il quale divenuto papa con il nome di Alessandro II (1061-1073) la consacrò solennemente alla presenza di ventitré vescovi e di Matilde di Canossa. Nel 1308 il vescovo Enrico II concesse all'Opera quattordici braccia di terra all'estremità orientale, che consentirono la ricostruzione della tribuna e dell'
abside attuale. Nel corso del Trecento si decise di intraprendere la ricostruzione di tutto il tempio con copertura a volte, lavori intensificati a partire dal 1374 ad opera di architetti fiorentini e portati a termine entro il 1476. Si passò poi al rifacimento dell'arredo interno per opera di Matteo e Vincenzo Civitali, Giambologna e Muzio Oddi. All'interno, opera di notevole rilievo, è il monumento funebre di Ilaria del Carretto, realizzato nel 1408 da Jacopo della Quercia.