Wie der Name schon sagt, liegt die Kirche am westlichen Rand der Altstadt von Pisa, fast unmittelbar am Südufer des Arno. Bereits zur Zeit der Karolinger wurde an dieser Stelle eine Kirche errichtet, auf deren Ruine dann ab dem 11. Jh. diese Kirche in ihrer jetzigen Form gebaut wurde. Uursprünglich diente sie als Klosterkirche der Vallombrosaner. Im Jahr 1148 wurde sie von Papst Eugen III. dem hl. Paulus von Tarsus geweiht. Die Kirche war zu dieser Zeit allerdings noch längst nicht fertiggestellt. Die Bauarbeiten zogen sich bis ins 13. Jh., wobei die Beteiligung des Baumeisters Giovanni Pisano an ihrer Vollendung sehr wahrscheinlich ist. Trotz einiger Abweichungen ist sie doch ein typischer Vertreter des Romanico pisano, einer speziellen Pisaner Variante der Romanik. Das Innere der Kirche ist als dreischiffige Basilika über dem Grundriss eines lateinischen Kreuzes gestaltet und beinnhaltet an verschiedenen Stellen noch sehenswerte Fresken aus dem 14. Jahrhundert. Von den Pisanern wird sie auch als Duomo vecchio bezeichnet.