Walaupun permulaannya dibina secara menegak, menara itu mulai condong ke arah tenggara setelah pembinaan dilakukan pada tahun 1173 yang tak sempurna.
Tinggi menara tersebut adalah 55,86m dari permukaan tanah di sisi terendah, dan 56,70 m di sisi yang tertinggi. Lebar tapak bangunan itu adalah 4,09 m dan lebar puncaknya adalah 2,48 m. Berat menara ini dianggarkan 14,500 tan dan mempunyai 294 anak tangga.
Pembinaan Menara Pisa dibina dalam tiga tahap, yang memakan masa kira-kira 200 tahun. Pembinaan marmar putih di lantai pertama bermula pada tarikh 9 Ogos 1173, pada masa kejayaan ketenteraan dan kemakmuran Itali. Tingkat pertama ini dikelilingi oleh beberapa tiang dan walaupun kedudukannya condong, namun tetap tahan selama berabad-abad.
Ada kontroversi mengenai identiti arkitek yang membina Menara Condong Pisa. Selama bertahun-tahun, reka bentuk tersebut diyakini dibuat oleh Guglielmo dan Bonanno Pisano, artis tempatan kenamaan di abad ke-12, yang terkenal dengan karya gangsanya, khususnya pada karyanya Pisa Duomo.
Bonanno Pisano meninggalkan Pisa di tahun 1185 dan berpindah ke Monreale, Sicilia, namun kemudian kembali lagi dan meninggal di tanah kelahirannya itu. Makamnya ditemui di bawah pada tahun 1820.
Pembinaan dihentikan sementara selama hampir seabad lamanya, kerana penduduk Pisa hampir terlibat peperangan dengan Genoa, Lucca dan Florence. Selama masa di hentikan, struktur tanah di bawahnya telah kembali stabil. Dan di tahun 1198, dipasang jam untuk sementara pada bangunan yang masih belum siap itu.
Pada tahun 1272, bangunan itu disambungkan kembali oleh Giovanni di Simone, arkitek dari Camposanto. tingkat keempat dibina untuk mengimbangi cerun menara ini. Pembangunan semula dihentikan pada tahun 1284, ketika Pisa ditakluk oleh Genoa dalam Pertempuran Meloria.
Pembinaan menara loceng ini tidak terhenti hingga tahun 1372. Selepas itu, Tommaso di Andrea Pisano berjaya menyelesaikan elemen-elemen Gothic dari menara tersebut, dengan memberikan sentuhan gaya Rom. Terdapat tujuh loceng pada menara tersebut, yang masing-masing mewakili not pada nada. Loceng yang terbesar dipasang pada tahun 1655.