La chiesa battesimale è il secondo monumento in ordine cronologico ad essere stato costruito nella piazza, il Battistero fu iniziato nel 1153 dall'architetto Diotisalvi. Ha una pianta centrale con alla base quattro grandi pilastri tra cui si pongono otto colonne che sorreggono i grandi archi su cui poggia il matroneo.
La costruzione del Battistero subì varie interruzioni. La parte inferiore è formata da arcate cieche e colonne, sormontata da una galleria con loggiati ed arcatelle. Alla costruzione del secondo loggiato corrisponde la decorazione gotica a vimperghe alla quale lavorarono tra il 1264 e il 1295 Nicola e Giovanni Pisano.
La costruzione dell'originale cupola, formata da una semisfera esterna in cui si innesta un tronco di cono all'interno, è stata ultimata nella seconda metà del 1300 dall'architetto Zibellino de Capraris.Un insieme di colonne e pilastri viene a formare una navata ad anello sulla quale poggia il matroneo che si affaccia all'interno attraverso alte arcate.
Al centro dell'edificio, rialzato su tre gradini, si trova il Fonte Battesimale di Guido Bigarelli da Como (1246). L'opera rivela negli intarsi dei pannelli lavoro estremamente raffinato dell'artista, che trae ispirazione dalla scultura bizantina. Al centro è posta la statua in bronzo di San Giovanni Battista di Italo Griselli (1926).
Dietro il Fonte Battesimale si può ammirare l'altare e, ancora in buono stato di conservazione, un pavimento a tarsia opera dei maestri cosmateschi (XIII secolo).
Il Pulpito del Battistero è stato realizzato da Nicola Pisano tra il 1255 e il 1260. A pianta centrale e base esagonale, é sostenuto da sei colonne perimetrali, di cui tre poggiano su leoni, e da una settima centrale, che ha come base un plinto con figure umane e zoomorfe. La parte superiore rappresenta episodi della "Vita di Cristo". Accanto ad elementi tipici dell'arte classica, troviamo riferimenti alla nuova cultura gotica che dal nord della Francia, attraverso l'opera dei monaci cistercensi, si era sviluppata nell'Italia meridionale.