La Plaza de la Catedral está delimitada al oeste y al norte por los muros medievales de la ciudad, que circundan el prado donde destacan los blancos monumentos románicos. En este tramo se insertan puertas y torres contemporáneas o sucesivas a la fase de construcción de esta sección de muros urbanos.
Partiendo desde el oeste y en orden consecutivo se encuentran: Puerta Nueva o Puerta de Santa María, abierta en la muralla medieval en 1562, la Torre y el Portillo de Catallo, la Torre y Puerta del León (con el león de piedra en guardia), la Torre de Santa María, a modo de defensa del puente sobre el río Auser, esto es, en el tramo del río Serchio que bañaba los muros de la ciudad, y la torre de San Esteban, en el extremo oriental de la plaza.
La esquina norte-occidental de los muros comunales ha sido objeto de tres fases constructivas: la primera fase es el segmento comprendido entre la Torre del León y la Torre de Santa María (I parcela de 1154). Sucesivamente se construyó la pared septentrional, entre la Torre de Santa María y la Torre de San Esteban (IV parcela de 1156) y, por último, se edificó el tramo occidental, tras la Torre del León y hacia el Hospital de Santa María (V parcela de 1157), donde se abrirá sucesivamente la puerta homónima.
La parcela más antigua se caracteriza por haber utilizado en la muralla piedras de grandes dimensiones de panchina, esto es, una piedra de color amarillo, procedente de la costa livornesa. Estos elementos han levantado hipótesis sobre la presencia de restos de una muralla más antigua, etrusca o romana. Los otros muros, en cambio, fueron construidos con materiales de distinta procedencia: la franja inferior, de color gris, está formada por piedras de caliza de San Giuliano Terme; la franja superior, rosada, por dovelas escuadradas de grava de Asciano (los nombres se refieren a las localidades de las canteras de piedra en el vecino Monte Pisano).