La chiesa di S. Cecilia è stata fondata nel 1102 per iniziativa dei monaci camaldolesi della vicina S. Michele in Borgo, su un terreno a loro donato dalla famiglia Visconti, e consacrata nel 1107 dal vescovo Pietro.
L’edificio ha una pianta a navata unica, con campanile “sospeso” nell’angolo sud-ovest interno: esso infatti poggia su due lati sui perimetrali della chiesa, mentre l’angolo opposto è sostenuto da una colonna. La facciata, a capanna, ha la parte inferiore fino all’altezza dell’architrave del portale principale costruita con conci di pietra, mentre la parte superiore è in laterizi e si conclude con un coronamento di archetti ciechi sotto la cornice del timpano. Una lunetta a tutto sesto e una bifora, piuttosto rimaneggiata, definite entrambe da laterizi sagomati e decorati, scandiscono lo spazio della facciata. Sul lato destro, due portalini con architrave litico e lunetta con fascia di laterizi incisi sottolineano due differenti fasi di costruzione del complesso architettonico.
La fase finale è relativa al completamento del campanile, concluso negli anni ’30 del XIII secolo e caratterizzato da lesene angolari e da aperture ai piani di monofore e bifore a lume crescente. Esso conserva tre campane del XIV secolo, di cui una datata al 1340.
La chiesa di S. Cecilia si caratterizza, come altre pisane, per la presenza di bacini ceramici di produzione locale e di provenienza mediterranea inseriti nei prospetti della fabbrica, a modo di decorazione architettonica. Le ceramiche sono inserite in serie lungo gli spioventi di facciata e lungo il perimetrale sud, definiscono i lati della bifora centrale e arricchiscono le serie di archetti che delimitano i piani del campanile.
L'edificio, pesantemente colpito durante i bombardamenti dell’ultima guerra, è stato interamente restaurato.