Il Duomo si trova in Piazza Duomo a Pistoia.
La Cattedrale, dedicata a San Zeno, presenta una facciata in stile romanico sul modello di altre chiese presenti nella città costruite alla stessa epoca (San Bartolomeo e Sant'Andrea). Sulle due estremità della cuspide della facciata sono poste le due statue marmoree dei Santi patroni, San Zeno e San Jacopo.
L'edificio, con campanile e battistero ha interno a tre navate con presbiterio rialzato e cripta, ed è stato costruito probabilmente nel X secolo. Nel corso del tempo ha subìto diversi rimaneggiamenti ed è stato riportato alle forme primitive da un restauro avvenuto tra il 1952 e il 1966, completato nel 1999.
È possibile che già dal V secolo esistesse una chiesa cattedrale (di dimensioni minori) a Pistoia. Già all'epoca, infatti, la città aveva un proprio vescovo. Tuttavia non si sa ancora quale fosse la sua ubicazione, se nello stesso luogo dell'attuale o sul luogo ove ora sorge la pieve di Sant'Andrea, oppure nella zona in cui venne edificato il complesso monastico di San Pier Maggiore (Memoreto), in considerazione della consuetudine di costruire la cattedrale in prossimità del cimitero (memoretum).
La prima attestazione scritta della cattedrale risale al 923, quando in un un atto notarile del conte Cunerad di Teudicio viene citata una Ecclesia SS.Zenonis, Rufinis et Felicis.
Nel 998 inoltre un diploma di Ottone III cita un edificio paleocristiano situato tra la via "regia" (cioè tra Piazza del Duomo, Via Stracceria e Via degli Orafi) e la torre di guardia.
Nel 1108 la chiesa viene danneggiata da un incendio e probabilmente ricostruito nei primi decenni del XII secolo. È del 1145 infatti la consacrazione dell'altare dedicato a san Jacopo da parte del vescovo Atto.
Nel 1202 un altro incendio danneggia la cattedrale.
Tra il 1274 e il 1275 le navate laterali vengono coperte da volte (il che fa pensare che prima dovessero avere una copertura a capriate lignee). Nel 1298 l'edificio subisce alcuni danni dovuti ad un terremoto.
Nel 1336 circa viene sistemata sulla facciata la statua di San Zeno vescovo, opera di Jacopo di Mazzeo.
Tra il 1379 e il 1449 la facciata viene rimaneggiata con l'aggiunta di tre ordini di logge e di un portico; nel 1504 ad Andrea della Robbia viene commissionata la decorazione a festone vegetale con al centro lo stemma dell'Opera di San Jacopo dell'archivolto e quella a lacunari di color azzurro con rosoni dorati che rivestono la volta centrale del portico, nonché la lunetta a bassorilievo sulla porta centrale raffigurante la Madonna col Bambino e Angeli, opere che egli porterà a termine nel 1505.
Tra il 1598 e il 1614 il coro mediovale viene demolito, le cappelle poste in testa alle navate laterali vengono modificate, e al posto della primitiva abside viene costruita una tribuna barocca sormontata da cupola su progetto di Jacopo Lafri e la navata centrale acquista un nuova copertura a volta. Si procede inoltre alla decorazione del soffitto della tribuna e vengono eseguiti i dipinti su tavola sulle pareti della tribuna e nella cappella maggiore.
Nel 1721 viene posta in facciata la statua di San Jacopo, opera di Andrea Vaccà.
Nel 1786 la Cappella di sant'Jacopo viene demolita.
Tra il 1834 e il 1837 il presbiterio viene trasformato secondo il nuovo gusto neoclassico da Giovanni Gambini.
Tra il 1952 e il 1966 la Soprintendenza ai Monumenti ha attuato un restauro dell'edificio rimuovendo le volte della navata centrale e gli intonaci ottocenteschi, chiudendo le finestre seicentesche e ripristinando le monofore e le bifore medioevali.
Nel 1999 è stato completato il restauro della facciata e del Campanile.
