Nel luogo della romanica chiesa di S. Pietro in Vinculis (detta S. Pierino), va localizzata la più antica chiesa di S. Pietro ai Sette Pini, menzionata per la prima volta nel 763 d.C. e di cui non rimangono segni evidenti. S. Pietro è una delle tre chiese pisane, insieme a S. Cristina e a S. Margherita, attestate in epoca longobarda.
Del 1118 è la consacrazione della nuova chiesa. La fase romanica aveva previsto un edificio costituito da due piani: la chiesa, sopraelevata rispetto al piano stradale, e un piano sotterraneo occupato da una cripta con copertura a crociera su colonne in pietra, utilizzata successivamente come area funeraria, come dimostrano le iscrizioni sepolcrali incise sulle colonne.
L'edificio ecclesiastico, costruito esclusivamente in conci pietra, ha la facciata divisa in due ordini. Quello inferiore è ornato da cinque arcate cieche intervallate da rosoni e da losanghe. Tre sono i portali di ingresso sormontati da bifore; il principale ha un architrave scolpito a rosette con pilastri e capitelli intagliati. L’ordine superiore ha tre arcate con una bifora al centro. Sul lato sinistro entro otto arcate si aprono in alternanza losanghe e monofore. Al piano del marciapiede sono invece visibili le monofore della cripta. Il campanile è ricavato in una vicina torre in origine ad uso abitativo.
L’interno è a tre navate a doppia fila di sei colonne e due pilastri decorati con capitelli romanici. Il pavimento è caratterizzato da una decorazione a mosaico marmoreo a motivi geometrici policromi datati al XII secolo. La chiesa e la cripta sono stati recentemente restaurati.
Sino alla conquista di Pisa da parte di Firenze la chiesa ospitò un documento di capitale importanza per il diritto: il Digesto di Giustiniano I, il testo cioè del Corpus Iuris Civilis, altrimenti dette "Pandette Pisane" (oggi alla Biblioteca Medicea Laurenziana di Firenze).